SE516401C2 - Electrical synchronous machine used in power plants, has processor which measures data for power converter control, from output of co-rotating sensors, and is wirelessly linked with stationary processor - Google Patents

Electrical synchronous machine used in power plants, has processor which measures data for power converter control, from output of co-rotating sensors, and is wirelessly linked with stationary processor

Info

Publication number
SE516401C2
SE516401C2 SE516401DA SE516401C2 SE 516401 C2 SE516401 C2 SE 516401C2 SE 516401D A SE516401D A SE 516401DA SE 516401 C2 SE516401 C2 SE 516401C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
rotor
processing unit
rotating
stationary
synchronous machine
Prior art date
Application number
Other languages
Swedish (sv)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed filed Critical
Publication of SE516401C2 publication Critical patent/SE516401C2/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/10Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load
    • H02P9/107Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load for limiting effects of overloads
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0061Details of emergency protective circuit arrangements concerning transmission of signals
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00006Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment
    • H02J13/00016Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment using a wired telecommunication network or a data transmission bus
    • H02J13/00017Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment using a wired telecommunication network or a data transmission bus using optical fiber
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00032Systems characterised by the controlled or operated power network elements or equipment, the power network elements or equipment not otherwise provided for
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00032Systems characterised by the controlled or operated power network elements or equipment, the power network elements or equipment not otherwise provided for
    • H02J13/00036Systems characterised by the controlled or operated power network elements or equipment, the power network elements or equipment not otherwise provided for the elements or equipment being or involving switches, relays or circuit breakers
    • H02J13/0004Systems characterised by the controlled or operated power network elements or equipment, the power network elements or equipment not otherwise provided for the elements or equipment being or involving switches, relays or circuit breakers involved in a protection system
    • H02J13/0086
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/16Synchronous generators
    • H02K19/36Structural association of synchronous generators with auxiliary electric devices influencing the characteristic of the generator or controlling the generator, e.g. with impedances or switches
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/26Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P9/30Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02B90/20Smart grids as enabling technology in buildings sector
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S40/00Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them
    • Y04S40/12Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them characterised by data transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated electrical equipment
    • Y04S40/124Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them characterised by data transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated electrical equipment using wired telecommunication networks or data transmission busses

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

A co-rotating processor (10) evaluates the measurement data for power converter (8), from the output of co-rotating sensors (15-17) rotated with rotor (3). Communication units (11,13) are provided to carry out wireless link between the processor (10) and stationary processor (12).

Description

20 25 .=--;0 “ 51 6 4 Û 1 É°:É":".:° :"::": :":'Éf' "É=:": 2 2": *f I? IÄVÄÉ Som medel för att åstadkomma en styrning av dessa storheter används normalt en strömriktare, som styr den ström som passerar genom rotorlindningarna, Med strömriktare menas här allmänt anordningar som påverkar amplitud, fas och / eller frekvens av en elektrisk ström, vilket b1.a. innefattar växelström-till-likströms-omvandlare, likström-till-växelströms- omvandlare, frekvensomvandlare, fasförskjutare och olika typer av strömförstärkaranordningar samt kombinationer därav. 20 25. = -; 0 “51 6 4 Û 1 É °: É": ".: °:" :: "::": 'Éf' "É =:": 2 2 ": * f I? IÄVÄÉ As a means of achieving a control of these quantities, a converter is normally used, which controls the current passing through the rotor windings. By converter is generally meant devices which affect the amplitude, phase and / or frequency of an electric current, which includes AC-to-DC converters, DC-to-AC converters, frequency converters, phase shifters and various types of current amplifier devices and combinations thereof.

Magnetiseringen av synkronmaskiner med rotorlindningar, dvs. strömförsörjning till rotorlindningarna, kan utföras på två sätt. Det kan antingen ske borstlöst, med användning av en magnetiseringsmaskin, eller med släpringar och borstar. I den senare metoden överförs den ström som ska ges till rotorlindningarna mellan den stationära och den roterande delen av en synkronmaskin genom ett arrangemang av borstar och släpringar. En sådan lösning har emellertid alla de problem som hör samman med rörliga kontaktdon, såsom gnistbildning, störningar, materialförslitning etc. Många större synkronmaskiner använder idag därför s.k. borstlös magnetisering.The magnetization of synchronous machines with rotor windings, ie. power supply to the rotor windings, can be performed in two ways. It can be done either brushless, using a magnetizer, or with slip rings and brushes. In the latter method, the current to be supplied to the rotor windings is transmitted between the stationary and the rotating part of a synchronous machine by an arrangement of brushes and slip rings. However, such a solution has all the problems associated with movable connectors, such as sparking, disturbances, material wear, etc. Many larger synchronous machines today therefore use so-called brushless magnetization.

Borstlös magnetisering sker med hjälp av en medroterande matarmaskin och en strömriktare. Med axeln roterande strömriktare, i form av växelström- likström-omvandlare, förekommer sedan cza 25 år som borstlösa matare för matning av fältlindníngen i rotom. Den med axeln medroterande strömriktaren är huvudsakligen/ oftast utförd med dioder, och fältströmmen styrs via matarens statorström, så att strömriktarens elektronik ombord i rotorn är enkel att utföra i traditionell analog teknik.Brushless magnetization takes place with the help of a co-rotating feeder and a converter. Axis-rotating converters, in the form of alternating current-direct current converters, have been available for about 25 years as brushless feeders for feeding the field winding in the rotor. The co-rotating co-shaft with the shaft is mainly / usually made of diodes, and the field current is controlled via the stator current of the feeder, so that the electronics of the converter on board the rotor are easy to carry out in traditional analogue technology.

Ett exempel på en utformning av en borstlös matare framgår av ABB- broschyren "Brushless exciter", SEGEN/ HM 8-001. Av broschyren framgår att mataren är en växelströmsmaskin vars stator är försedd med utpräglade poler och vars rotor har en trefas växelströmslindning för matning av en strömriktare. Strömriktarens likspänning ansluts sedan till synkron- maskinens fältlindning. Synkronmaskinens spänning kan regleras genom att påverka matarens magnetisering via dess fältlindning. lO 15 20 25 ::"..30 '516 4 0 1 ï'=-ï"='=f =IIa=IIs . a"s:ïï:."ïí 3 En nackdel med en borstlös matare av ovanstående typ, med en strömriktare som baserar sig på dioder, är systemets långsamma dynamik. Med användning av en så kallad PSS ("Power System Stabilizer") är det nödvändigt att magnetiseringssystemet har en tillräckligt kort responstid.An example of a brushless feeder design can be found in the ABB brochure "Brushless exciter", SEGEN / HM 8-001. The brochure states that the feeder is an AC machine whose stator is provided with pronounced poles and whose rotor has a three-phase AC winding for feeding a converter. The DC voltage of the inverter is then connected to the field winding of the synchronous machine. The voltage of the synchronous machine can be regulated by influencing the magnetization of the feeder via its field winding. lO 15 20 25 :: ".. 30 '516 4 0 1 ï' = - ï" = '= f = IIa = IIs. a "s: ïï:." ïí 3 A disadvantage of a brushless feeder of the above type, with a converter based on diodes, is the slow dynamics of the system. With the use of a so-called PSS ("Power System Stabilizer"), it is necessary that the excitation system has a sufficiently short response time.

Detta kan uppnås genom att växelström-likströms-omvandlaren utförs med tyristorer. Ett sådant system beskrivs i det amerikanska patentet US 3,671,850, där man använder radiokommunikation för att bestämma styrvinkeln för tyristorerna i den roterande tyristorlikriktaren. Här används analog teknik, vilket gör systemet svårt att anpassa dynamiskt, vid ändring av i regleringen ingående parametrar, såsom rotoms resistans.This can be achieved by making the AC-DC converter with thyristors. Such a system is described in U.S. Pat. No. 3,671,850, which uses radio communication to determine the control angle of the thyristors in the rotary thyristor rectifier. Analog technology is used here, which makes the system difficult to adapt dynamically, when changing parameters included in the control, such as the resistance of the rotor.

Vid användning av släpringar och borstar är både växelström-likströms- omvandlaren och styrelektroniken typiskt sett stationär, varvid den färdigreglerade strömmen förs över till rotorn.When using slip rings and brushes, both the AC-DC converter and the control electronics are typically stationary, with the pre-regulated current being transferred to the rotor.

En speciell utföringsform av magnetisering hos en med konstant varvtal roterande elmaskin beskrivs i en patentansökan PCT/ EP 98/007744, fór ”Power flow control” i en transmissionslinje. Elmaskinens statorlindningar är här inkopplade i serie med transmissionslinjens ledare utan hopkopplad neutralpunkt. Elmaskinens rotor är försedd med två eller tre 90 respektive 120 grader elektriskt förskjutna likströmsrotorlindningar för reglering av amplitud och fas hos elmaskinens spänning. Matning av rotorlindningarna sker via en medroterande magnetiseringsmatare och strömriktare (växelström-likströms-omvandlare) för var och en av rotorlindningarna. I samma patentansökan beskrivs vidare en mera utvecklad ”Power flow control” med en till samma axel som den första elmaskinen kopplad andra elmaskin som dock kopplas i shunt till transmissionslinjen men också har medroterande strömriktare. Stymingen och regleringen diskuteras emellertid sparsamt.A special embodiment of magnetization of an electric machine rotating at a constant speed is described in a patent application PCT / EP 98/007744, for "Power control ow control" in a transmission line. The stator windings of the electrical machine are here connected in series with the conductor of the transmission line without a connected neutral point. The rotor of the electric machine is equipped with two or three 90 and 120 degree, respectively, electrically displaced direct current rotor windings for regulating the amplitude and phase of the voltage of the electric machine. The rotor windings are fed via a co-rotating excitation feeder and converter (AC-DC converter) for each of the rotor windings. The same patent application further describes a more developed “Power control ow control” with a second electric machine connected to the same shaft as the first electric machine, which, however, is connected in a shunt to the transmission line but also has a co-rotating converter. However, control and regulation are discussed sparingly.

Eftersom installationer av stora synkronmaskiner utgör stora investeringar är det av synnerlig vikt att se till att synkronmaskiner inte drivs på ett - sådant sätt att man riskerar skador på maskinen och oplanerade driftstopp. 10 15 20 25 .. . . ... - -30 I b ... 516 4Û1 zærza: fur; ."=-::- ":=="= =-.: 4 2": '-.= ::= ::='=..==..='-..==..= = Därför finns säkerhetsanordningar kopplade till flertalet synkronmaskiner, vilka ska övervaka synkronmaskinernas tillstånd och på lämpligt sätt avbryta eller begränsa sådan drift som kan skada maskinen eller vara ogynnsamt för driften av elkraftnätet. Säkerhetsanordningarna kan bestå av rena skydd, som stänger av driften vid konstaterade fel. De kan också bestå av begränsningsanordningar, som på lämpligt sätt ändrar eller begränsar driften till tillåtna förhållanden.Since installations of large synchronous machines constitute large investments, it is of particular importance to ensure that synchronous machines are not operated in such a way that there is a risk of damage to the machine and unplanned downtime. 10 15 20 25 ... . ... - -30 I b ... 516 4Û1 zærza: fur; . "= - :: -": == "= = - .: 4 2": '-. = :: = :: =' = .. == .. = '- .. == .. = = Therefore, there are safety devices connected to a number of synchronous machines, which must monitor the condition of the synchronous machines and in an appropriate manner interrupt or limit such operation that may damage the machine or be unfavorable for the operation of the power grid. The safety devices can consist of clean protection, which shuts off operation in the event of detected faults. They may also consist of limiting devices which suitably alter or restrict operation to permissible conditions.

I den efterföljande beskrivningen utgås det från att maskinens arbetslindningar finns i statorn och att fältström (magnetiseringsström) därmed finns i rotorn. Detta är emellertid utan vikt för uppfinningens grundidé.In the following description, it is assumed that the working windings of the machine are in the stator and that field current (excitation current) is thus in the rotor. However, this is not important for the basic idea of the invention.

Gränserna för hur hårt en synkronmaskin kan utnyttjas sätts ofta av överväganden angående temperaturer, tex. stator- och fältlindningarnas temperaturer. De av skydds- och begränsningsanordningarna tillåtna strömmarna i lindningarna uppskattas i allmänhet med hjälp av enkla teoretiska modeller. För fältlindningen sätts typiskt en gräns för strömmen av magnetiseringsutrustningen. Denna kan ha en gräns vid t.ex. nominell fältström. Större maskiner är ofta utrustade med en fältströmbegränsare som förutom en momentan begränsare kan innehålla en tidsfördröjning som tillåter en viss överström under en kortare period. Denna begränsning är emellertid statisk och tar inte hänsyn till synkronmaskinens faktiska termiska tillstånd.The limits for how hard a synchronous machine can be used are often set by considerations regarding temperatures, e.g. the temperatures of the stator and field windings. The currents in the windings permitted by the protection and limiting devices are generally estimated with the aid of simple theoretical models. For the field winding, a limit is typically set for the current of the excitation equipment. This can have a limit at e.g. nominal field current. Larger machines are often equipped with a field current limiter which, in addition to an instantaneous limiter, can contain a time delay that allows a certain overcurrent for a shorter period. However, this limitation is static and does not take into account the actual thermal condition of the synchronous machine.

Statorlindningen på växelströmsmaskiner skyddas normalt av ett överströmsskydçl. Vid överlast av maskinen, såsom att strömmen överskrider en gräns som ges av nominell effekt, så kopplas maskinen ur.The stator winding on AC machines is normally protected by an overcurrent protection. In the event of an overload of the machine, such as the current exceeding a limit given by the rated power, the machine is switched off.

Synkronmaskiner kan vara utrustade med en statorströmbegränsare och/ eller undermagnetiseringsbegränsare. Dessa begränsare kan antingen automatiskt reglera fältströmmen eller ge larm till maskinoperatören som manuellt kan reglera fältströmmen och på så sätt styra den reaktiva effekten ' 10 15 20 25 I nu s n »nn » 30 1 n a» -516- 401 safu :z-:æ ":=."= :.: 5 5": '-.-' ::= ::='=..==..='-..==..= = så att driftpunkten bibehålls inom det tillåtna arbetsområdet i ett välkänt "P- Q-cirkeldiagram" som för fackmannen ofta kallas kapabilitetsdiagram.Synchronous machines may be equipped with a stator current limiter and / or sub-magnetization limiter. These limiters can either automatically regulate the field current or give an alarm to the machine operator who can manually regulate the field current and thus control the reactive power '10 15 20 25 I nu sn »nn» 30 1 na »-516- 401 safu: z-: æ ": =." =:.: 5 5 ": '-.-' :: = :: = '= .. == .. =' - .. == .. = = so that the operating point is maintained within the allowable the working area of a well-known "P-Q pie chart" which is often referred to by those skilled in the art as a capability chart.

Växelströmsmaskiner med en effekt över 5 MVA utrustas idag med resistiva temperaturmätare (t.ex. PtlOO-element) som placeras i eller i nära anslutning till statorlindningen. Dessa ger en god information om lindningens arbetstemperatur. Dessa kopplas till ett skydd som kopplar ur maskinen når temperaturen når över ett visst gränsvärde. Dessa gränsvärden är typiskt fastställda från temperaturklassen eller från mätningar under igångkörandet av maskinen.AC machines with an output of more than 5 MVA are today equipped with resistive temperature meters (eg Pt100 elements) which are placed in or near the stator winding. These provide good information about the working temperature of the winding. These are connected to a protection that disconnects the machine when the temperature reaches a certain limit value. These limit values are typically determined from the temperature class or from measurements during commissioning of the machine.

Ett problem med maskinskydd och maskinbegrånsare enligt teknikens ståndpunkt år att de i många fall bygger på grova statiska modeller om förlustgenerering och -ledning samt temperaturstegring. De faktiska förhållandena såsom variation i omgivningens temperatur beaktas i allmänhet mycket lite. För att ett skydd ska erhållas även för tämligen eictrema förhållanden måste stora säkerhetsmarginaler användas. I mindre extrema fall leder detta till att skydden löser ut onödigt tidigt i en process.A problem with machine protection and machine limiters according to the state of the art is that in many cases they are based on rough static models of loss generation and management as well as temperature rise. The actual conditions such as variation in ambient temperature are generally considered very little. In order for protection to be obtained even for rather extreme conditions, large safety margins must be used. In less extreme cases, this leads to the protections triggering unnecessarily early in a process.

Vidare, om ett lastfall eller fel i elkraftnätet orsakar en ogynnsam fördelning av reaktiv och aktiv effekt, kan detta lätt leda till en temperatur- och/ eller strömförhöjning i vissa delar av en våxelströmsmaskin. Om skyddet år ställt på en alldeles för låg nivå kan en sådan elkraftnätssituation leda till att maskinens skydd aktiveras och att maskinen därmed stängs av. Detta kan i sin tur leda till ett förvärrat tillstånd för elkraftriåtet. Även andra typer av potentiella fel och haveririsker är intressanta att övervaka. Isolatlionens tillstånd såsom detektering av jordfelsläckströmmar och mekaniska maskintillstånd, såsom mekaniska påfrestningar, vibrationer, kyltemperaturer och -flöden utgör möjliga källor för att upptäcka driftändringar som skulle kunna leda till olika typer av haverier. Övervakning av stationära delar kan enkelt tillhandahållas och är välkänt inom teknikens ståndpunkt. Övervakning av roterande komponenter är svårare och har hitintills begränsat sig till några få speciella fall. 10 15 20 25 r »n 1 u m» i I u :rn 516 401 nam; :nya 53-22- ":=;"= '--= 6 2": '-.-' ::= ::='=..==..=°-..==..= = S.T. Chow and C.H. Chew har i "Radio telemetry system for vibration measurement of rotating machinery", Conf. Proc. TENCON'84, Int. Conf. on Consumer 86 Industrial Electronics 85 Applications, New York, NY, USA, 1984, sidorna 3 - 5, beskrivit en anordning med trådtöjningsgivare på rotorbladen i en turbin, där signalerna överförs till ett mät- och analysinstrument för utvärdering. "Unique sensor applications for hydroelectric generator rotor-mounted sensor scanning technology", av J .S.Furthermore, if a load drop or fault in the power grid causes an unfavorable distribution of reactive and active power, this can easily lead to an increase in temperature and / or current in certain parts of an AC machine. If the protection is set at a far too low level, such a power grid situation can lead to the machine's protection being activated and the machine being switched off. This in turn can lead to a worsening of the state of electricity. Other types of potential faults and accident risks are also interesting to monitor. Isolatlion states such as earth fault leakage current detection and mechanical machine conditions, such as mechanical stresses, vibrations, cooling temperatures and fates, are possible sources for detecting operational changes that could lead to various types of breakdowns. Surveillance of stationary parts can be easily provided and is well known in the art. Monitoring of rotating components is more difficult and has so far been limited to a few special cases. 10 15 20 25 r »n 1 u m» i I u: rn 516 401 nam; : nya 53-22- ": =;" = '- = 6 2 ":' -.- ':: = :: =' = .. == .. = ° - .. == .. = = ST Chow and CH Chew have in "Radio telemetry system for vibration measurement of rotating machinery", Conf. Proc. TENCON'84, Int. Conf. On Consumer 86 Industrial Electronics 85 Applications, New York, NY, USA, 1984, pages 3 5, described a device with wire strain gauges on the rotor blades of a turbine, where the signals are transmitted to a measuring and analysis instrument for evaluation. "Unique sensor applications for hydroelectric generator rotor-mounted sensor scanning technology", by J .S.

Edmonds och T.L. Churchill, IEEE Techn. Appl. Conf, Northcon/ 96, Conference record, IEEE, New York, NY, USA, 1996, sidorna 73-77, är också exempel på överföring av mätvärden från roterande delar. Detsamma gäller "The measurement of strain on a laminated disc flyWheel" av A. Owens och P. Williams, Int. Power Generation, Vol. 6, Nr. 6, 1983, sidorna 24-27 samt "Rotor monitoring and protection for large generators" av R.H. Regan och K.Edmonds and T.L. Churchill, IEEE Techn. Appl. Conf, Northcon / 96, Conference record, IEEE, New York, NY, USA, 1996, pages 73-77, are also examples of transmission of measured values from rotating parts. The same is true of "The measurement of strain on a laminated disc fl yWheel" by A. Owens and P. Williams, Int. Power Generation, Vol. 6, no. 6, 1983, pages 24-27 and "Rotor monitoring and protection for large generators" by R.H. Regan and K.

Wakeley, Proc. Electrical Machines and Drives, 1995, sidoma 203-207.Wakeley, Proc. Electrical Machines and Drives, 1995, pages 203-207.

Gemensamt för sådana system år att en speciallösning för överföring av måtdata sker från en roterande givare till ett centralt mät- och utvärderingssystem. En kontinuerlig övervakning kan alltså ske, men med hjälp av en avsevärd mängd överfört data. I de fall där resultaten används för att styra anordningen sker en sådan styrning enligt konventionella principer.Common to such systems is that a special solution for the transfer of measurement data takes place from a rotating sensor to a central measurement and evaluation system. Continuous monitoring can thus take place, but with the help of a considerable amount of transmitted data. In cases where the results are used to control the device, such control takes place according to conventional principles.

På grund av att synkronmaskiner innebär stora och kostsamma installationer, dimensioneras ofta anordningarna för att tåla normala driftbetingelser med stora marginaler, särskilt rörande den elektriska isolationen. Dessutom förekommer marginaler normalt i flera steg, vilket får till följd att den sammanlagda marginalen blir omotiverad stor. Detta kan ske t.ex. genom att en tillverkare av ett isoleringsmateríal anger en viss nominell temperatur, vid vilken materialet har en viss livstid. En sådan temperatur ges oftast med en viss marginal. Materialet kan sedan klassas i en materialklass, varvid klassens temperaturgräns normalt används för alla i ~ klassen ingående material. Vidare, använder en maskintillverkare materialet 10 15 20 25 "',3o .516 401 7 i sin konstruktion, varvid han lägger till sina egna konstruktionsmarginaler.Due to the fact that synchronous machines involve large and expensive installations, the devices are often dimensioned to withstand normal operating conditions with large margins, especially concerning the electrical insulation. In addition, margins normally occur in several stages, which has the consequence that the total margin becomes unjustifiably large. This can happen e.g. in that a manufacturer of an insulating material indicates a certain nominal temperature, at which the material has a certain service life. Such a temperature is usually given by a certain margin. The material can then be classified in a material class, whereby the temperature limit of the class is normally used for all materials included in the ~ class. Furthermore, a machine builder uses the material 10 15 20 25 "', 30 ° .516 401 7 in his construction, adding his own construction margins.

Slutligen kan leverantören av en maskin specificera vissa tillåtna driftbetingelser, men när en operatör utarbetar egna operatörsinstrtiktioner adderas ytterligare säkerhetsmarginaler för att kompensera för smärre missar i driften. Detta ger i många fall en total marginal som är så stor att endast en för liten del av materialets möjliga prestanda utnyttjas, vilket idag i många fall inte är ekonomiskt optimalt.Finally, the supplier of a machine can specify certain permissible operating conditions, but when an operator prepares its own operator instructions, additional safety margins are added to compensate for minor failures in operation. In many cases, this gives a total margin that is so large that only a too small part of the material's possible performance is utilized, which today in many cases is not economically optimal.

Problemen med synkronmaskíner enligt teknikens ståndpunkt år att de i hög grad saknar en i dagens läge tillförlitlig och dynamisk styrning avseende t.ex. magnetisering av rotorn. Vidare finns det i dagens synkronmaskíner inbyggda konstruktionsmarginaler som inte utnyttjas effektivt. Dessutom är skyddsanordningarna för synkronmaskíner enligt teknikens ståndpunkt otillfredsställande avseende flexibilitet och övervakningsmöjligheter.The problems with synchronous machines according to the state of the art are that they to a large extent lack a reliable and dynamic control in the current situation regarding e.g. magnetization of the rotor. Furthermore, there are design margins built into today's synchronous machines that are not used efficiently. In addition, the prior art protective devices for synchronous machines are unsatisfactory in terms of flibility and monitoring capabilities.

SUMMERING Ett allmänt syfte med den föreliggande uppfinningen är att förse en synkronmaskin med intelligens för att på ett förbättrat sätt kunna uppnå en .optimal styrning av maskinens driftbetingelser. Ett syfte med den föreliggande uppfinningen är också att utnyttja mätningar av till en elektrisk maskins roterande delar associerade elektriska och mekaniska storheter som grund till styrningen. l den föreliggande beskrivningen avses att termen mekaniska storheter även innefattar termiska storheter. Ett annat syfte är att genom kontinuerlig övervakning av kritiska storheter utnyttja i synkronmaskinen befintliga konstruktionsmarginaler till en effektiv drift samt ett flexibelt skydd av maskinen. Ett underordnat syfte med den föreliggande uppfinningen är att tillhandahålla en elektrisk maskin, där processering och/ eller mätning av till den elektriska maskinens roterande delar associerade storheter sker lokalt i direkt anknytning till den aktuella delen av den elektriska maskinen. Ett ytterligare syfte med den föreliggande uppfinningen är att tillhandahålla en elkraftanläggning med utökade möjligheter till planerade och /eller samordnade effektförändringar. 10 15 20 25 u vv»- o o ø o o oo n .516 401 s ø ø c o a oo ø u ø u ø o ø a n c o ø Dessa syften uppfylls av anordningar och förfaranden vilka uppvisar de i de bifogade anordnings- och förfarandekraven angivna särdragen. I allmänna ord tillhandahålls en strömriktaranordning, en lindningsförsedd rotor med en medroterande synkronmaskin, vilken innefattar en processeringsenhet, samt en likaledes medroterande kommunikationsenhet för trådlös informationsöverföring till en stationär enhet. Till rotorn finns även åtminstone en medroterande givare för mätning av med rotorn associerade mekaniska och/ eller elektriska storheter.SUMMARY A general object of the present invention is to provide a synchronous machine with intelligence in order to be able to achieve in an improved manner an optimal control of the operating conditions of the machine. An object of the present invention is also to use measurements of electrical and mechanical quantities associated with the rotating parts of an electric machine as a basis for the control. In the present description it is meant that the term mechanical quantities also includes thermal quantities. Another purpose is to use continuous monitoring of critical quantities in the synchronous machine to utilize considerable design margins for efficient operation and a visible protection of the machine. A subordinate object of the present invention is to provide an electric machine, where processing and / or measurement of quantities associated with the rotating parts of the electric machine takes place locally in direct connection with the relevant part of the electric machine. A further object of the present invention is to provide an electric power plant with increased possibilities for planned and / or coordinated power changes. 10 15 20 25 u vv »- o o ø ø o o oo n. In general terms, a converter device is provided, a winding rotor provided with a co-rotating synchronous machine, which comprises a processing unit, and a similarly co-rotating communication unit for wireless information transmission to a stationary unit. The rotor also has at least one co-rotating sensor for measuring mechanical and / or electrical quantities associated with the rotor.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen samt ytterligare syftemål och fördelar som uppnås därmed förstås bäst genom hänvisning till nedanstående beskrivning och de bifogade ritningarna, i vilka: Fig. 1 uppfinningen, med borstlös magnetisering; visar ett blockdiagram av en utföringsform enligt den föreliggande Fig. 2 visar ett blockdiagram av en annan utföringsform enligt den föreliggande uppfinningen, med magnetisering via slåpringar och borstar; Fig. 3 visar ett blockdiagram av en tredje utföringsform enligt den föreliggande uppfinningen, med dubbla rotorlindningar; Fig. 4 är ett kombinerat kapabilitets- och visardiagram för en synkronmaskin i generatordrift; Fig. 5a visar ett blockdiagram av en elkraftarilåggriing med två synkronmaskiner enligt den föreliggande uppfinningen; Fig. 5b visar ett blockdiagram för kommunicerande elkraftanläggriingar; Fig. 6 visar ett flödesschema för ett styrförfarande för en synkronmaskin enligt den föreliggande uppfinningen; samt styrförfarande för en elkraftanlåggning enligt den föreliggande uppfmningen.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention and further objects and advantages achieved thereby are best understood by reference to the following description and the accompanying drawings, in which: Fig. 1 of the invention, with brushless magnetization; shows a block diagram of an embodiment according to the present Fig. 2 shows a block diagram of another embodiment according to the present invention, with magnetization via slip rings and brushes; Fig. 3 shows a block diagram of a third embodiment according to the present invention, with double rotor windings; Fig. 4 is a combined capability and pointer diagram for a synchronous machine in generator operation; Fig. 5a shows a block diagram of an electric power plant with two synchronous machines according to the present invention; Fig. 5b shows a block diagram of communicating electric power plants; Fig. 6 shows a circuit diagram of a control method for a synchronous machine according to the present invention; and control method for an electric power plant according to the present invention.

Fig. 7 visar ett flödesschema för ett DETALJERAD BESKRIVNING 10 15 20 25 ::..:30 5 1 6 I 0 1 v o n~ o v n n n n .... n n o ' ' ° " ' ' ' 2 'Z z I !'..' f! I PJ: infiof 2.' 'ni 'nn-- nu u. n. n o n o u u n v n o »u n n nu n a n u a n n u. o. u oo n 'I 0 0 9 En grundläggande utföríngsfonn av den föreliggande uppfinningen illustreras schematiskt i fig. 1. En synkronmaskin, allmänt betecknad med 1, innefattar en stator 2 och en rotor 3. Statorn 2 är försedd med växelströmslindningar 4, genom vilka det under drift flyter en växelström, som tillhandahålls genom tillförselanslutningar 5. Rotom 3 är anordnad runt en roterande axel 6, och innefattar rotorlindningar 7 eller fältlindningar. Dessa rotorlindningar 7 förses under drift med magnetiseringsström som styrs av en strömriktare 8.Fig. 7 shows a flow chart for a DETAILED DESCRIPTION 10 15 20 25 :: ..: 30 5 1 6 I 0 1 von ~ ovnnnn .... nno '' ° "'' '2' Z z I! '.. 'f! I PJ: infiof 2.' A basic embodiment of the present invention is schematically illustrated in Fig. 1. A synchronous machine, generally designated 1, comprises a stator 2 and a rotor 3. The stator 2 is provided with alternating current windings 4, through which, during operation, an alternating current is provided, which is provided by supply connections 5. The rotor 3 is arranged around a rotating shaft 6, and comprises rotor windings 7 or field windings. excitation current controlled by a converter 8.

Enligt den föreliggande uppfinningen är synkronmaskinen 1 försedd med en med den roterande axeln 6 medroterande processeringsenhet 10. Den medroterande processeringsenheten 10 är ansluten till ett med den roterande axeln 6 medroterande kommunikationsorgan 11. Detta kommunikationsorgan 11 är anordnat att sända och ta emot data genom en trådlös informationsöverföring. Den medroterande processeringsenheten 10 är dessutom ansluten till strömriktaren 8, för styrning av dess drift. En stationär processeringsenhet 12 är ansluten till ett stationärt kommunikationsorgan 13. Det stationära kommunikationsorganet 13 är anordnat att sända och ta emot data genom den trådlösa informationsöverföringen med det medroterande kommunikationsorganet 11. Den stationära processeringsenheten 12 är företrädesvis även ansluten till ytterligare externa processeringsenheter via minst en kommunikationsanordning 14.According to the present invention, the synchronous machine 1 is provided with a processing unit 10 co-rotating with the rotating shaft 6. The co-rotating processing unit 10 is connected to a communication means 11 co-rotating with the rotating shaft 6. This communication means 11 is arranged to transmit and receive data through a wireless information transfer. The co-rotating processing unit 10 is also connected to the converter 8, for controlling its operation. A stationary processing unit 12 is connected to a stationary communication means 13. The stationary communication means 13 is arranged to transmit and receive data through the wireless information transmission with the co-rotating communication means 11. The stationary processing unit 12 is preferably also connected to further external processing units via at least one communication device. 14.

Ett antal med den roterande axeln 6 medroterande sensorer 15, 16 och 17 känner av mekaniska och/ eller elektriska storheter som är associerade med rotorn 3, och sensorerna 15, 16 och 17 är anslutna till den medroterande processeringsenheten 10 för överföring av mätdata. I den föreliggande utföringsforrnen mäter sensorerna 15 och 16 rotorlindningens 7 temperatur och sensorn 17 mäter rotorns faktiska magnetiseringsström. På liknande sätt är ett antal stationära sensorer 18, 19 och 20, som känner av mekaniska och/ eller elektriska storheter associerade med stationära delar av synkronmaskinen 1, anslutna till den stationära processeringsenheten 12 10 15 20 25 ' 516 4 01 :' :"::": :":-If* "É°:": .~ '- 10 för överföring av mätdata. I den föreliggande utföringsformen mäter sensorema 18 och 19 statorlindningens 4 temperatur och sensorn 20 mäter statorns faktiska ström. Den medroterande processeringsenheten 10 behandlar de mätdata som överförs från de medroterande sensorerna 15, 16, och 17, samt eventuellt från den stationära processeringsenheten 12 mottaget data. Utifrån detta behandlade data styr den medroterande processorenheten 10 strömriktarens 8 funktion på ett lämpligt sätt.A number of co-rotating sensors 15, 16 and 17 with the rotating shaft 6 sense mechanical and / or electrical quantities associated with the rotor 3, and the sensors 15, 16 and 17 are connected to the co-rotating processing unit 10 for transmitting measurement data. In the present embodiment, the sensors 15 and 16 measure the temperature of the rotor winding 7 and the sensor 17 measures the actual magnetizing current of the rotor. Similarly, a number of stationary sensors 18, 19 and 20, which sense mechanical and / or electrical quantities associated with stationary parts of the synchronous machine 1, are connected to the stationary processing unit 12 10 15 20 25 '516 4 01:': ": : "::": - If * "É °:":. ~ '- 10 for transmitting measurement data. In the present embodiment, the sensors 18 and 19 measure the temperature of the stator winding 4 and the sensor 20 measures the actual current of the stator. the measurement data transmitted from the co-rotating sensors 15, 16, and 17, and any data received from the stationary processing unit 12. Based on this processed data, the co-rotating processor unit 10 controls the operation of the converter 8 in a suitable manner.

Detta grundkoncept gör det möjligt att styra synkronmaskinen 1 på ett dynamiskt och effektivt sätt. Med rotorn 3 associerade storheter måts lokalt, vilket normalt ger en större tillförlitlighet än fjärrmåtningar. Dessa tillförlitliga mätdata sänds till den medroterande processeringsenheten 10 via fasta förbindelser, som uppvisar mycket stora bandbredder och alltså inte utgör något hinder för kommunikationen. Den medroterande processeringsenheten 10 behandlar lokalt det inkomna mätdatat, och kan utifrån detta ge styrsignaler till strömriktaren hur en fortsatt drift ska kunna se ut. De aspekter av rotorns magnetisering som bestäms av från rotorn erhållna storheter, styrs företrädesvis av signaler som behandlas helt och hållet inom den roterande delen av synkronmaskinen. Uppfinningen ger alltså en dubbel funktion. Dels ger den ett ställdon eller pådragsorgan för styrning av önskad drift av maskinenheten (såsom den definieras nedan), bestämd bland annat utifrån externa överväganden eller önskemål. Dels tillhandahåller den ett övervakningsorgan för maskinen genom möjligheten till mätning av lokala storheter.This basic concept makes it possible to control the synchronous machine 1 in a dynamic and efficient manner. The quantities associated with the rotor 3 are measured locally, which normally gives a greater reliability than remote measurements. This reliable measurement data is sent to the co-rotating processing unit 10 via fixed connections, which have very large bandwidths and thus do not constitute an obstacle to communication. The co-rotating processing unit 10 locally processes the received measurement data, and can on this basis give control signals to the converter what a continued operation should look like. The aspects of the magnetization of the rotor which are determined by quantities obtained from the rotor are preferably controlled by signals which are processed entirely within the rotating part of the synchronous machine. The extension thus provides a double function. On the one hand, it provides an actuator or actuating means for controlling the desired operation of the machine unit (such as the one described below), determined, among other things, on the basis of external considerations or wishes. On the one hand, it provides a monitoring device for the machine through the possibility of measuring local quantities.

Om mätdata från de medroterande sensorerna 15, 16 och 17 föranleder några åtgärden som rör icke-roterande delar av synkronmaskinen 1, extraherar den medroterande processeringsenheten 10 dessa data och överför dessa till den stationära processeringsenheten 12 via kommunikationsorganen ll, 13. Den stationära processeringsenheten 12 tar därefter hand om dessa data för vidare behandling. 10 15 20 25 D I I ...30 .If measurement data from the co-rotating sensors 15, 16 and 17 causes some action concerning non-rotating parts of the synchronous machine 1, the co-rotating processing unit 10 extracts this data and transmits it to the stationary processing unit 12 via the communication means 11, 13. The stationary processing unit 12 takes then take care of this data for further processing. 10 15 20 25 D I I ... 30.

I I Oil . _516. 401 11 På motsvarande sätt, om data, som har sitt ursprung från de stationära sensorerna 18, 19 och 20, är av betydelse för styrningen av strömriktaren 8, extraherar den stationära processeringsenheten 12 lämplig information, och sänder den via kommunikationsorganen 11, 13 till den medroterande processeringsenheten 10. Detta gäller även data och instruktioner som erhålls från annat håll och är avsedda för den medroterande processeringsenheten 10. Den medroterande processeringsenheten 10 styr sedan strömriktaren 8 med hjälp av erhållna data.I I Oil. _516. Similarly, if data originating from the stationary sensors 18, 19 and 20 is important for the control of the converter 8, the stationary processing unit 12 extracts appropriate information, and sends it via the communication means 11, 13 to the co-rotating processing unit 10. This also applies to data and instructions obtained from elsewhere and intended for the co-rotating processing unit 10. The co-rotating processing unit 10 then controls the converter 8 by means of obtained data.

Styrningen av synkronmaskinen kan såsom indikeras ovan även inkludera "externa" data, vilka kan utgöras av såväl teknisk, ekonomisk, administrativ som annan styrinformation. Det faktiska datautbytet med information om såväl synkronmaskinens som elkraftnätets tillstånd kan ske i nära anslutning till synkronmaskinen, exempelvis via olika övervakningsenheter, vilka beskrivs vidare nedan.The control of the synchronous machine can, as indicated above, also include "external" data, which can consist of technical, financial, administrative and other control information. The actual data exchange with information about the state of both the synchronous machine and the electric power grid can take place in close connection with the synchronous machine, for example via various monitoring units, which are described further below.

Genom att placera en processeringsenhet medroterande med rotom, erhåller man en möjlighet till lokal behandling av lokalt erhållet data. Därigenom minimeras den mängd data som måste överföras mellan stationära och rörliga delar. Placeringen av processorenheten medroterande tillhandahåller även en möjlighet till autonom drift av rotom, vid eventuella avbrott på kommunikationen med stationära delar. Ett fel på kommunikations- anordningarna behöver därigenom inte betyda en omedelbar avstängning av hela maskinen, utan maskinen kan fortsätta köras, om än försiktigare. Den medroterande processeringsenheten kan därvid styra rotorns drift enligt förutbestämda riktlinjer oberoende av de stationära delarna.By placing a processing unit co-rotating with the rotor, one obtains an opportunity for local processing of locally obtained data. This minimizes the amount of data that must be transferred between stationary and moving parts. The location of the co-rotating processor unit also provides an opportunity for autonomous operation of the rotor, in the event of interruptions in communication with stationary parts. A fault in the communication devices does not have to mean an immediate shutdown of the entire machine, but the machine can continue to run, albeit more carefully. The co-rotating processing unit can then control the operation of the rotor according to predetermined guidelines independently of the stationary parts.

Fackmannen inser att man även kan använda en redundans i kommunikationen, dvs. tillhandahålla alternativa kommunikationsvägar, om den ordinarie kommunikationen slås ut. Sådan kommunikation kan t.ex. utgöras av borstar och släpringar eller parallella likadana kommunikationsvägar, som aktiveras vid behov. lO 15 20 25 4Û1 .._:.._._gg_. :nu-E =--._.;;. "jffš I den i fig. 1 visade utföringsformen används en s.k. inverterad synkronmaskin 26 som magnetiseringsmaskin. Huvudmaslcinens statorlindningar 4 är förbundna till ett elkraftnät via tillförselanslutningarria 5 och en krafttransformator 23. En mindre krafttransformator 22 omvandlar växelspänningen i tillförselanslutningen 5 för att förse en växelström- likströms-omvandlare 21 med lämplig växelström. Växelström-likströms- omvandlaren 21 styrs av den stationära processeringsenheten 12., så att magnetiseringsmaskinens 26 stator 24 förses med en lämplig likström. En växelström induceras då i magnetiseringsmaskinens 26 rotorlindningar 25, vilken ström utgör matarströmmen till strömriktaren 8. Strömriktaren 8 är i detta fall företrädesvis en tyristorlikriktare.Those skilled in the art realize that redundancy can also be used in communication, ie. provide alternative communication routes, if the regular communication is switched off. Such communication can e.g. consist of brushes and slip rings or parallel similar communication paths, which are activated when needed. lO 15 20 25 4Û1 .._: .._._ gg_. : nu-E = --._. ;;. In the embodiment shown in Fig. 1, a so-called inverted synchronous machine 26 is used as a magnetizing machine. DC converter 21 with suitable alternating current The alternating current-direct current converter 21 is controlled by the stationary processing unit 12, so that the stator 24 of the magnetizing machine 26 is supplied with a suitable direct current. 8. The converter 8 in this case is preferably a thyristor rectifier.

I en alternativ utföringsform kan en asynkronmaskin med flerfaslindningar användas som magnetiseringsmaskin. Detta har fördelen att den kan tillföra energi även till en stillastående rotor. 2 visar en annan utföringsform av den föreliggande uppfinningen.In an alternative embodiment, an asynchronous machine with fl phase windings can be used as a magnetizing machine. This has the advantage that it can supply energy even to a stationary rotor. 2 shows another embodiment of the present invention.

Denna liknar i stort den i fig. 1 visade utföringsforrnen och lika delar betecknas med samma hänvisningssiffror och diskuteras inte vidare. Endast de skillnader som finns beskrivs här nedan. I denna utföringsform används ett arrangemang med släpringar och borstar 31 för att överföra magnetiseringsströmmen till rotorn 3. Information angående den önskade styrningen av imagnetiseringsströmmen överförs i detta fall från den medroterande processeringsenheten 10 till den stationära processerings- enheten 12. En strömriktare 30 styrs sedan av den stationära processerings- enheten 12 enligt de från den medroterande processeringsenheten 10 erhållna direktiven. Strömriktaren 30 är i detta fall placerad stationärt, vilket betyder att behovet av kommunikation mellan processeringsenheterna 10, 12 i allmänhet ökar.This is largely similar to the one in fi g. 1 and equal parts are denoted by the same reference numerals and are not discussed further. Only the differences that are described below. In this embodiment, an arrangement of slip rings and brushes 31 is used to transmit the excitation current to the rotor 3. Information regarding the desired control of the imaginative current is in this case transmitted from the co-rotating processing unit 10 to the stationary processing unit 12. A converter 30 is then controlled by the stationary processing unit 12 according to the directives obtained from the co-rotating processing unit 10. The converter 30 is in this case placed stationary, which means that the need for communication between the processing units 10, 12 generally increases.

Fig. 3 visar ytterligare en utföringsform av den föreliggande uppfinningen. Även denna utföringsform har stora likheter med fig. 1, och lika delar » betecknas med samma hänvisningssiffror och diskuteras inte vidare. Endast 10 15 20 25 :”30 516 401 13 de skillnader som fmns beskrivs här nedan. Rotorn 3 är försedd med två fältlindningar 38, 39. Dessa fältlindningar är anordnade med förskjutna magnetiska axlar. Lindningarna 38 och 39 förses med ström från en dubbel strömriktare 40 via anslutningsledningarna 41 respektive 42. Såsom i fig. l är utföringsformen i fig. 3 försedd med en synkronmaskin 26 som magnetiseringsmaskin. Anordningen med dubbla fältlindningar har vissa fördelar när det gäller styrbarhet, stabilitet mm. En sådan typ av maskin används med fördel tillsammans med en elektrisk maskin enligt den tidigare nämnda patentansökan PCT/ EP 98/ 007744.Fig. 3 shows a further embodiment of the present invention. This embodiment also has great similarities with fi g. 1, and equal parts »are denoted by the same reference numerals and are not discussed further. Only 10 15 20 25: ”30 516 401 13 the differences that are described below. The rotor 3 is provided with two field windings 38, 39. These field windings are arranged with offset magnetic shafts. The windings 38 and 39 are supplied with current from a double converter 40 via the connection lines 41 and 42, respectively. As in fi g. l is the embodiment in fi g. 3 provided with a synchronous machine 26 as a magnetizing machine. The device with double field windings has certain advantages in terms of controllability, stability etc. Such a type of machine is advantageously used together with an electric machine according to the previously mentioned patent application PCT / EP 98/007744.

Rotorn 3 i utföringsformen i fig. 3 försedd med ett antal tillkommande sensorer 43-46, som är kopplade till den medroterande processerings-_ enheten 10. Två sensorer 43, 44 är anordnade till anslutningsledningarna 41 respektive 42 på ett sådant sätt att de kan känna av både strömmen och spänningen i den respektive anslutningsledningen 41 resp. 42. Sensorerna 43 och 44 är även anordnade för att känna av störningar på ström- respektive spänningssignalerna, varvid de även kan användas såsom detektorer för partiella urladdningar, PD. Detta beskrivs mer i detalj nedan.The rotor 3 in the embodiment in Fig. 3 is provided with a number of additional sensors 43-46, which are connected to the co-rotating processing unit 10. Two sensors 43, 44 are arranged to the connecting lines 41 and 42, respectively, in such a way that they can sense of both the current and the voltage in the respective connection line 41 resp. 42. The sensors 43 and 44 are also arranged to detect disturbances on the current and voltage signals, respectively, whereby they can also be used as detectors for partial discharges, PD. This is described in more detail below.

En vibrationssensor 45 är anordnad vid rotorkroppen för detektering av rotoms vibrationer, och en momentgivare 46 är också anordnad vid rotoraxeln 6, för att mäta axelmomentet. Även dessa funktioner beskrivs mer i detalj nedan.A vibration sensor 45 is arranged at the rotor body for detecting the vibrations of the rotor, and a torque sensor 46 is also arranged at the rotor shaft 6, to measure the shaft torque. These functions are also described in more detail below.

Det är uppenbart för fackmannen att sådana tillkommande sensorer 43-46 inte är specifikt användbart för den i fig. 3 visade synkronmaskinen, utan tillkommande sensorer kan förekomma tillsammans med vilken typ av synkronmaskinsom helst.It is obvious to the person skilled in the art that such additional sensors 43-46 are not particularly useful for the current. 3, without additional sensors can be present together with any type of synchronous machine.

Vinkeln mellan spänningsvektorn och den s.k. q-axeln, bestämd av det roterande magnetflödet, benämns lastvinkeln. Denna vinkel utgör en mekanisk storhet vilken kan mätas via en på rotorn medroterande sensor genom att exempelvis bestämma när spänningsvektom antar sitt maximum i - förhållande till den roterande magnetiska flödesvektorn. Lastvinkeln utgör 10 15 20 25 b I . 30 l .. 516 - 401 14 en viktig parameter för att bestämma generatorns stabilitetsegenskaper gentemot det externa elkraftnätet, vilket beskrivs vidare nedan.The angle between the voltage vector and the so-called The q-axis, determined by the rotating magnet fl fate, is called the load angle. This angle is a mechanical quantity which can be measured via a sensor co-rotating on the rotor by, for example, determining when the voltage vector assumes its maximum in relation to the rotating magnetic fl fate vector. The loading angle is 10 15 20 25 b I. 5 l - 516 - 401 14 an important parameter for determining the stability properties of the generator with respect to the external electric power grid, which is further described below.

En elektrisk storhet som kan mätas från den stationära statorsidan är fasvinkeln, vilken utgörs av vinkeln mellan spänning och ström på statorsidan.An electrical quantity that can be measured from the stationary stator side is the phase angle, which consists of the angle between voltage and current on the stator side.

Den senaste tidens utveckling av t. ex. isoleringsmaterial för stora maskiner, vad gäller termiskt åldrande, tillverkningsmetoder, etc. har möjliggjort ett ökat utnyttjande av maskinernas kapacitet. Detta diskuteras mer i detalj nedan. Dessa fördelar och möjligheter kan emellertid inte så lätt utnyttja under operativa förhållanden, såvida inte tillförlitlig driftinformation finns tillgänglig. Skydd och styrning av stationära komponenter, såsom statorlindningar och lager är idag ganska vanliga. Detta gör det möjligt att utnyttja maskinemas kapacitet vad gäller de stationära delarna. Övervakning av rotorns driftförhällanden är emellertid idag inte lika vanlig, men är inte desto mindre mycket viktig för ett ekonomiskt utnyttjande av maskinema. För ett gott utnyttjande och ett relevant skydd av elektriska synkronmaskiner är det bland annat av intresse att mäta den verkliga rotorlindningstemperaturen. Denna storhet innehåller mycket information om rotoms driftvillkor. Dessutom kan det vara av intresse att också, helst samtidigt, mäta de verkliga rotorströmmarna, rotorspänningama, rotoms vibrationer, partiella urladdningar i rotoms isolation, rotorns isolationsmotstånd, axelmoment samt lastvinkel. Används dämplindningar är motsvarande storheter också av intresse att känna till.Recent developments in e.g. insulation materials for large machines, in terms of thermal aging, manufacturing methods, etc. have made it possible to increase the utilization of the machines' capacity. This is discussed in more detail below. However, these advantages and opportunities cannot be so easily exploited under operational conditions, unless reliable operational information is available. Protection and control of stationary components, such as stator windings and bearings are quite common today. This makes it possible to utilize the capacity of the machines in terms of the stationary parts. Monitoring of the rotor operating conditions is not as common today, however, but is nevertheless very important for an economical utilization of the machines. For good utilization and relevant protection of electrical synchronous machines, it is, among other things, of interest to measure the actual rotor winding temperature. This quantity contains a lot of information about the operating conditions of the rotor. In addition, it may be of interest to also, preferably simultaneously, measure the actual rotor currents, rotor voltages, rotor vibrations, partial discharges in rotor insulation, rotor insulation resistance, shaft torque and load angle. If damping windings are used, corresponding quantities are also of interest to know.

Vidare är isolationens tillstånd viktigt för styrningen och planläggningen av maskinens drift. lsolationens tillstånd kan övervakas genom mätning antingen kontinuerligt eller interrnittent av olika storheter. Metoderna kommer att variera beroende på typ av lindning och spänning. Genom att mäta isolationsmotståndet mellan lindning och jord (järndelar i maskinen) kan man detektera fel i isolationen såsom till exempel. mekaniskt slitage, 10 15 20 25 v: u a »in - 30 n p in: 516 1401 azzwa: " 15 2"; ::= -- - nedsmutsning och upptag av fuktighet. För rotorlindningen kan detta göras genom att mäta ström och spänning (eventuellt genom användning av en mätbrygga för Ökad noggrannhet) och för en statorlindning kan man göra detsamma genom att mäta läckströmmen. Partiella urladdningar (PD) förekommer i hålrum i isolationen men kan också vara urladdningar i luft mellan isolationen och järndelar av maskinen. I statorn är lindningsisolationen normalt utförd med en halvledande yttre beläggning och mätning av PD ger därför en god indikation om själva lindningsisolationen.Furthermore, the condition of the insulation is important for the control and planning of the operation of the machine. The condition of the insulation can be monitored by measuring either continuously or intermittently of different quantities. The methods will vary depending on the type of winding and voltage. By measuring the insulation resistance between winding and earth (iron parts in the machine), errors in the insulation can be detected, such as. mechanical wear, 10 15 20 25 v: u a »in - 30 n p in: 516 1401 azzwa:" 15 2 "; :: = - - soiling and absorption of moisture. For the rotor winding this can be done by measuring current and voltage (possibly by using a measuring bridge for increased accuracy) and for a stator winding you can do the same by measuring the leakage current. Partial discharges (PD) occur in cavities in the insulation but can also be discharges in air between the insulation and iron parts of the machine. In the stator, the winding insulation is normally made with a semiconducting outer coating and measurement of PD therefore gives a good indication of the winding insulation itself.

Urladdningsnivån är normalt ganska hög i traditionell isolation (typiskt större än 10 000 pC) och det är som regel av intresse att mäta ändringar av urladdningsnivån för att detektera försämringen av isolationen. För traditionell utformning av fältlindningen i rotorn är spänningen ganska låg och det behövs därför inte halvledande beläggning mellan isolationen och järndelarna. Mätning av PD kommer därför för ett traditionellt utförande inte att ha samma värde. Emellertid kan ändring av utförandet av rotorlindningen såsom användning av två separata lindningar såsom nämnts ovan och/ eller ökad spänningsnivå transient för ökad dynamik i regleringen göra det aktuellt att mäta värdena på partiella urladdningar för att övervaka isolationens tillstånd. Mätning av isolationsmotståndet och/ eller PD kan även användas för regleringen av själva driften av maskinen. Man kommer t.ex. under en stark temporär överlast av maskinen att få mekaniska spänningar mellan lindningen och järnet i maskinen eftersom temperaturdifferensen är stor. "Detta kan i värsta fall skada isolationen och kontinuerlig mätning av PD kan då användas för att begränsa pådraget vid temporär överlast av maskinen. Överlast av maskinen diskuteras vidare nedan.The discharge level is normally quite high in traditional insulation (typically greater than 10,000 pC) and it is usually of interest to measure changes in the discharge level to detect the deterioration of the insulation. For traditional design of the field winding in the rotor, the voltage is quite low and therefore a semiconducting coating between the insulation and the iron parts is not needed. Measurement of PD will therefore not have the same value for a traditional design. However, changing the design of the rotor winding such as the use of two separate windings as mentioned above and / or increased voltage level transient for increased dynamics in the control may make it relevant to measure the values of partial discharges to monitor the state of the insulation. Measurement of the insulation resistance and / or PD can also be used for the regulation of the actual operation of the machine. You will e.g. during a strong temporary overload of the machine to get mechanical stresses between the winding and the iron in the machine because the temperature difference is large. "In the worst case, this can damage the insulation and continuous measurement of PD can then be used to limit the application in the event of temporary overload of the machine. Overload of the machine is further discussed below.

Ytterligare storheter som kan vara av intresse att mäta kan t.ex. vara de mekaniska vibrationerna i rotorn. Ett ändrat utseende på vibrations- spektrumet kan indikera begynnande mekaniska problem, och kan också föranleda ändrad driftstyrning, för att undvika olägliga haverier. 10 15 20 25 . . . ' 30 . 516 401 16 Axelmomentet är också information som är av intresse för styrning av synkronmaskinen. Sådana storheter kan mätas på ett antal konventionella sätt, t.ex. genom trådtöjningsgivare monterade på axeln. Med hjälp av dessa givare kan vridande moment, både statiska och oscillerande lätt detekteras.Additional quantities that may be of interest to measure can e.g. be the mechanical vibrations in the rotor. A change in the appearance of the vibration spectrum can indicate incipient mechanical problems, and can also lead to a change in operating control, in order to avoid inconvenient breakdowns. 10 15 20 25. . . '30. 516 401 16 The shaft torque is also information that is of interest for controlling the synchronous machine. Such quantities can be measured in a number of conventional ways, e.g. through wire strain gauges mounted on the shaft. With the help of these sensors, rotating moments, both static and oscillating, can be easily detected.

Information om axelmomentet kan exempelvis användas för att skydda stora turbomaskiner mot subsynkron resonans, SSR. Vid samspelet mellan elkraftnätet och en turbogenerator kan SSR leda till torsionssamverkan som resulterar i uppvärmning av axeln, vilket i sin tur kan leda till haveri. Denna typ av destruktiv torsionssamverkan kan uppstå om det finns "olyckliga" relationer mellan egenfrekvenserna för den långa axeln i ett stort turboaggregat (inkluderande generator och turbiner) och elkraftnätet. Risken för att det ska kunna uppkomma subsynkrona (O - 50 alt. 60 Hz) resonanser är störst för stora turbogeneratorer i närheten av seriekompenserade kraftledningar.Shaft torque information can be used, for example, to protect large turbomachines against subsynchronous resonance, SSR. During the interaction between the electricity grid and a turbo generator, SSR can lead to torsional cooperation which results in heating of the shaft, which in turn can lead to a breakdown. This type of destructive torsional interaction can occur if there are "unfortunate" relationships between the natural frequencies of the long shaft in a large turbocharger (including generator and turbines) and the power grid. The risk of subsynchronous (0 - 50 or 60 Hz) resonances occurring is greatest for large turbogenerators in the vicinity of series-compensated power lines.

I det följande kommer det att beskrivas hur och varför man önskar att styra en synkronmaskin. I figur 4 visas ett kapabilitetsdiagram som motsvarar en synkronmaskin i stationär drift. Synkronmaskinen antas för att förenkla resonemangen ha en rund rotor. P betecknar den aktiva effekten och Q den reaktiva effekten till/ från maskinen. I figur 4 har man antagit att polspånningen har sitt märkvärde Us, IA betecknar statorströmmen och jXs betecknar synkronreaktansen. En inre magnetomotorisk kraft EA, som styrs av fältströmmen IF, bildas. Strömmen i lindningarna har angivna märkvärden IFN, IsN, vilka inte bör överskridas under stationära förhållanden. Sålunda är tillåtna stationära driftbetingelser begränsade till ett område innanför statorströmbegränsningen 57 och fältström- begränsningen 56, där både IFSIFN och IASIAN. Detta betyder att området 53 inte år stationårt tillåtet eftersom IA är begränsande och området 54 inte är stationärt tillåtet eftersom IF är begränsande. Märkeffekterna PN och QN motsvarar det tillstånd då både stator- och rotorströmmar antar sina märkvärden. lO 15 20 25 x I > rn i n >: - O n »nn a» p a 516 401 17 Vid användning av en synkronmaskin i undermagnetiserad drift inträder ytterligare begränsningar. En begränsning utgörs av lastvinkeln som för en synkronmaskin i allmänhet ökar med minskande magnetisering vid konstant omvandlad aktiv effekt. Detta betyder att om driftpunkten förs tillräckligt långt till vänster i ñgur 4, kommer lastvinkeln så småningom att nå det stationärt (teoretiskt) maximala värdet 90 grader, då maskinen blir instabil.In the following, it will be described how and why one wishes to control a synchronous machine. Figure 4 shows a capability diagram corresponding to a synchronous machine in stationary operation. The synchronous machine is assumed to simplify the reasoning of having a round rotor. P denotes the active power and Q denotes the reactive power to / from the machine. In Figure 4, it has been assumed that the pole voltage has its rated value Us, IA denotes the stator current and jXs denotes the synchronous reactance. An internal magnetomotor force EA, which is controlled by the field current IF, is formed. The current in the windings has specified rated values IFN, IsN, which should not be exceeded under stationary conditions. Thus, permissible stationary operating conditions are limited to an area within the stator current limit 57 and the field current limit 56, where both IFSIFN and IASIAN. This means that area 53 is not stationary allowed because IA is restrictive and area 54 is not stationary allowed because IF is restrictive. The rated effects PN and QN correspond to the state when both stator and rotor currents assume their rated values. lO 15 20 25 x I> rn i n>: - O n »nn a» p a 516 401 17 When using a synchronous machine in sub-magnetized operation, further restrictions occur. One limitation is the load angle which for a synchronous machine generally increases with decreasing magnetization at constantly converted active power. This means that if the operating point is moved far enough to the left in ñgur 4, the load angle will eventually reach the stationary (theoretical) maximum value 90 degrees, when the machine becomes unstable.

Detta utgör ytterligare en begränsning av det användbara området i PQ- diagrammet. Det finns således en stabilitetsbegränsning 58 för undermagnetiserad drift, vilken kan följa den sträckning som skissas i ñgur 4. Denna medför att området 59 inte är tillgängligt för drift.This is a further limitation of the useful area in the PQ diagram. Thus, there is a stability limitation 58 for undermagnetized operation, which may follow the distance outlined in Figure 4. This means that the area 59 is not available for operation.

Ytterligare begränsningar kan finnas för olika typer av synkronmaskiner, vilka bidrar med ytterligare restriktioner i kapabilitetsdiagrammet, t.ex. p.g.a. uppvärmning av härvändar, fältströmbegränsare för minsta ström mm. I följande diskussioner kommer vi emellertid att försumma sådana effekter, för att kunna hålla beskrivningen enkel och låttfattlig.Additional limitations can be found for different types of synchronous machines, which contribute with further restrictions in the capability diagram, e.g. p.g.a. heating of reversals, field current limiter for minimum current etc. In the following discussions, however, we will neglect such effects, in order to keep the description simple and easy to understand.

Uppfinningens princip gäller dock även andra begränsande faktorer.However, the principle of the invention also applies to other limiting factors.

Eventuell styrning av maskinens driftbetingelser är sålunda begränsad till ett område 55. Ett stationärt drifttillstånd ges av effekterna P1 och Qi, vilka befinner sig inom området 55.Any control of the operating conditions of the machine is thus limited to an area 55. A stationary operating condition is given by the effects P1 and Qi, which are within the area 55.

I elkraftnät av idag är den tillgängliga reaktiva effekten Q ofta av stor vikt.In today's electric power grids, the available reactive power Q is often of great importance.

Eftersom det finns anläggningar som kan utgöra såväl källor som sänkor för reaktiv effekt Q, måste en balans kunna erhållas. Det är därför ibland av intresse att t.ex. ändra den reaktiva effekt Q, som generatom "levererar" eller "konsumerar" (källa eller sänka). Enligt IEC 34-1, sect. 9, märks en synkrongenerator med skenbar märkeffekt SN och dess märkeffektfaktor cos cpu. Ur dessa data kan aktiv och reaktiv märkeffekt beräknas (PN resp. QN).Since there are facilities that can be both sources and depressions for reactive power Q, it must be possible to obtain a balance. It is therefore sometimes of interest that e.g. change the reactive power Q, which the generator "delivers" or "consumes" (source or lower). According to IEC 34-1, sect. 9, a synchronous generator with apparent rated power SN and its rated power factor cos cpu is marked. From these data, active and reactive rated power can be calculated (PN or QN).

Motsvarande resonemang kan föras för synkronmotorer. Om maskinen arbetar vid mårkeffekt, PN och QN, inser man snabbt att en ökning av den reaktiva effekten Q inte kan ske utan att man överskrider märkströmmama e IFN och IAN. Det är relativt vanligt att generatom arbetar i närheten av PN, 10 15 20 25 l I . - 30 516- 401 vfiræa: ="=='_É;.z"::ïï:_"ïïš"š 18 2"; °-.= :ii - medan den reaktiva effekten kan varieras med hänsyn till behovet i elkraftnätet. Möjligheterna att leverera eller konsumera reaktiv effekt beror på var i kapabilitetsdiagrammet generatom arbetade innan förändringen.Corresponding reasoning can be applied to synchronous motors. If the machine operates at rated power, PN and QN, it is quickly realized that an increase in the reactive power Q cannot take place without exceeding the rated currents e IFN and IAN. It is relatively common for the generator to operate in the vicinity of PN, 10 15 20 25 l I. - 30 516- 401 v fi ræa: = "== '_ É; .z" :: ïï: _ "ïïš" š 18 2 "; ° -. =: Ii - while the reactive power can be varied according to the need in the electricity grid. The possibilities to deliver or consume reactive power depend on where in the capability diagram the generator worked before the change.

Dessa möjligheter bestäms enligt teknikens ståndpunkt av statiska konstruktionsmarginaler och beräkningsmodeller.These possibilities are determined according to the state of the art by static design margins and calculation models.

Temperaturen i rotorns lindningar i en synkronmaskin är en begränsande parameter för synkronmaskinens förmåga att producera elektriskt moment såväl som dess förmåga att producera reaktiv effekt via statoms lindning till elkraftnätet. Gränsvärden för temperaturer och strömmar är ofta satta för att skydda maskinen mot förstörande överbelastning. Befintliga synkronmaskiner har emellertid ofta en stor termisk marginal genom att konstruktören och operatören byggde in säkerhetsmarginaler vid designen av maskinen eller genom att nya erfarenhetsvärden erhållits sedan maskinen togs i drift. N ormgivning, kundkrav, osäkerhet i dimensionering och inneboende tolerans i isoleringsmarginaler, ger för stora elgeneratorer och motorer idag en betydande termisk kapacitet som tillfälligt kan utnyttjas för att höja effekten på maskinen.The temperature of the rotor windings in a synchronous machine is a limiting parameter for the synchronous machine's ability to produce electrical torque as well as its ability to produce reactive power via the stator winding to the mains. Limits for temperatures and currents are often set to protect the machine from destructive overload. However, non-hazardous synchronous machines often have a large thermal margin by the designer and operator incorporating safety margins in the design of the machine or by gaining new experience values since the machine was put into operation. Normalization, customer requirements, uncertainty in dimensioning and inherent tolerance in insulation margins, today give large electricity generators and motors a significant thermal capacity that can be temporarily used to increase the power on the machine.

Genom att på ett tillförlitligt sätt kunna mäta viktiga storheter, går det emellertid att erhålla ett säkert sätt att övervaka synkronmaskinen så att inga skador uppstår. Det betyder att man medvetet under t.ex. kortare perioder kan överskrida nominella värden avseende strömmar, spänningar och temperaturer, utan att detta äventyrar synkronmaskinens operativa drift. Genom att införa en övervakning kan alltså gränserna för driftvillkoren behandlas på ett mycket mer flexibelt sätt. De enligt teknikens ståndpunkt fasta begränsningarna kan därigenom enligt den föreliggande uppfinningen behandlas på ett flexiblare sätt. Detta betyder att vissa av begränsningarna som visats i figur 4 inte längre behöver vara absoluta begränsningar, utan medveten och övervakad överskridning av dessa gränser kan i vissa fall tillåtas. En möjlighet att utöka området för möjliga driftpunkter är att medvetet tillåta en accelererad föråldring av isoleringsmaterialet, dvs. en ' livslängdsförkortning, genom att låta maskinen arbeta vid en högre 10 15 20 25 o rn i o »nrao vv: o p 516- 401 aæffv-.s gj-.fja.a"::ïï;-fïÉš"š 19 temperatur än vad som anges nominellt. En sådan drift kan t.ex. ske mot ett ökat ekonomiskt utbyte av denna drift. Man kan således "sälja av en bit av maskinens livslängd" om så önskas.However, by being able to reliably measure important quantities, it is possible to obtain a safe way of monitoring the synchronous machine so that no damage occurs. This means that you consciously during e.g. shorter periods may exceed nominal values of currents, voltages and temperatures, without compromising the operational operation of the synchronous machine. By introducing a monitoring, the limits of the operating conditions can thus be treated in a much more fl visible way. The fixed limitations according to the prior art can thereby be treated in a more exemplary manner according to the present invention. This means that some of the restrictions shown in Figure 4 no longer have to be absolute restrictions, but deliberate and supervised exceeding of these limits may in some cases be allowed. One possibility to expand the area for possible operating points is to consciously allow an accelerated obsolescence of the insulation material, ie. a 'shortening of service life, by allowing the machine to operate at a higher temperature than 15 15 20 25 o rn io »nrao vv: op 516- 401 aæffv -. which is stated nominally. Such an operation can e.g. towards an increased economic return on this operation. One can thus "sell off a piece of the life of the machine" if desired.

I en synkronmaskin kan man enkelt styra strömmarna genom rotorlindningarna, både vad gäller fas och amplitud. En sådan styrning av _ t.ex. ett strömriktarorgan kan alltså användas för att ändra driftpunkten i kapabilitetsdiagrammet i fig. 4. Under kontrollerade former kan då driftpunkten t.ex. förflyttas utanför området 55, vilket ger möjligheter till ett flexibelt utnyttjande. På liknande sätt kan driftpunkten också ändras då mätningar indikerar att det finns ett troligt fel i anläggningen, vilket bör föranleda ett försiktigt utnyttjande. Driftpunkten kan då flyttas till ett mycket konservativt drifttíllstånd med extra säkerhetsmarginaler, tills orsakerna till felindikeringarna är utredda. Om t.ex. rotorvibrationerna ökar på ett omotiverat sätt kan t.ex. det axelmoment som uppstår genom valet av rotorström ändras så att den mekaniska belastningen på rotom minskas.In a synchronous machine you can easily control the currents through the rotor windings, both in terms of phase and amplitude. Such control of _ e.g. a converter means can thus be used to change the operating point in the capability diagram in fi g. 4. Under controlled conditions, the operating point can then e.g. for fl be moved outside the area 55, which provides opportunities for an flexhaustible utilization. Similarly, the operating point can also be changed when measurements indicate that there is a probable fault in the system, which should lead to a careful use. The operating point can then be fl switched to a very conservative operating condition with extra safety margins, until the causes of the fault indications are investigated. If e.g. the rotor vibrations increase in an unjustified manner can e.g. the shaft torque arising from the choice of rotor current is changed so that the mechanical load on the rotor is reduced.

Enligt den föreliggande uppfinningen förses synkronmaskinen med ett antal sensorer, företrädesvis både vid stationära och roterande delar. Dessa sensorer kan vara av de ovan diskuterade typerna, eller för mätning av andra storheter som kan tänkas influera synkronmaskinens önskade drift.According to the present invention, the synchronous machine is provided with a number of sensors, preferably at both stationary and rotating parts. These sensors can be of the types discussed above, or for measuring other quantities that may conceivably influence the desired operation of the synchronous machine.

Sensorerna är kopplade till processeringsenhetema 10, 12, där en lokal utvärdering av mätvärdena genomförs. Dataöverföringen kan här ske genom fasta förbindelser, vilka lätt kan ge önskad bandbredd. I t.ex. de fall där mätningar från en stationär sensor indikerar att rotorströmmen ska ändras måste en överföring av information ske mellan synkronmaskinens stationära delar till dess . roterande delar. På samma sätt kan en överföring av information i motsatt riktning också vara nödvändig. Mängden överfört data reduceras emellertid genom den lokala behandlingen i den stationära 12 respektive medroterande processeringsenheten 10. Ett exempel på hur man kan reducera datainängderna är t.ex. att istället för att överföra stationära värden endast överföra uppmätta värden vid konstaterade förändringar.The sensors are connected to the processing units 10, 12, where a local evaluation of the measured values is performed. The data transmission can here take place through fixed connections, which can easily provide the desired bandwidth. In e.g. In cases where measurements from a stationary sensor indicate that the rotor current is to be changed, a transfer of information must take place between the stationary parts of the synchronous machine until then. rotating parts. In the same way, a transfer of information in the opposite direction may also be necessary. However, the amount of data transferred is reduced by the local processing in the stationary 12 and the co-rotating processing unit 10, respectively. An example of how to reduce the data amounts is e.g. that instead of transferring stationary values only transfer measured values at observed changes.

Eftersom driftförhållandena till övervägande del är stationära för en stor 10 15 20 25 I I m.Since the operating conditions are predominantly stationary for a large 10 15 20 25 I I m.

' O i n» ll ñ - 51-6 401 ilzäï:.z"§;ïï;-Ä'¿Éš"š 20 synkronmaskin, minskas mängderna överfört data avsevärt. Ju mer processorkraft och intelligens som finns tillgänglig lokalt, desto mindre blir kravet av informationsöverföring mellan processeringsenhetema.'O i n »ll ñ - 51-6 401 ilzäï: .z" §; ïï; -Ä'¿Éš "š 20 synchronous machine, the amounts of transmitted data are significantly reduced. The more processing power and intelligence available locally, the less the requirement for information transfer between the processing units.

Genom att placera processorkapacitet lokalt, nära mätpunktema, kan även styrningen av strömriktaren göras mycket snabb och flexibel. Dynarniken i styrningen av strömriktaren i t.ex. fig. 1 behöver inte längre helt förlita sig på styrning från de stationära delarna, utan kan ske direkt från den lokala medroterande processeringsenheten 10, vad avser den information som likaledes erhålls från de medroterande delarna.By placing the processor capacity locally, close to the measuring points, the control of the converter can also be made very fast and flexible. The dynamics in the control of the converter in e.g. fi g. 1 no longer has to rely entirely on control from the stationary parts, but can take place directly from the local co-rotating processing unit 10, in terms of the information likewise obtained from the co-rotating parts.

Enligt uppfinningen sker överföringen trådlöst mellan de roterande och stationära delarna. En lösning med överföring via släpringar och borstar skulle i princip vara möjlig, men eftersom dataöverföring på detta sätt ofta är förknippad med höga störningsnivåer, mekaniskt slitage och osäkerhet i tillförlitlighet, är detta inte att rekommendera. Trådlös kommunikation av olika typer kan användas. Överföring med induktiv koppling kan användas. Frekvensmodulering och tidsmultiplexering används företrädesvis i sådana fall. Induktiv koppling kräver emellertid normalt att ytterligare en mekanisk enhet kopplas till rotoraxeln, med motsvarande stationära delar. Detta ökar på ett oönskat sätt lbygglängden för sådana synkronmaskiner. Överföring genom olika typer av ljussignaler, såsom IR eller synligt ljus är också möjligt. Infraröd kommunikation enligt IrDA (Infrared Data Association) utvecklas snabbt och standardiserade system finns nu tillgängliga. Lösningar finns tillgängliga t.ex. genom Counterpoint Systems Foundry, Inc.According to the invention, the transmission takes place wirelessly between the rotating and stationary parts. A solution with transmission via slip rings and brushes would in principle be possible, but since data transmission in this way is often associated with high levels of interference, mechanical wear and uncertainty in reliability, this is not recommended. Wireless communication of different types can be used. Transmission with inductive coupling can be used. Frequency modulation and time division multiplexing are preferably used in such cases. However, inductive coupling normally requires the addition of an additional mechanical unit to the rotor shaft, with corresponding stationary parts. This undesirably increases the construction length of such synchronous machines. Transmission through different types of light signals, such as IR or visible light is also possible. Infrared communication according to IrDA (Infrared Data Association) is developing rapidly and standardized systems are now available. Solutions are available e.g. by Counterpoint Systems Foundry, Inc.

I en föredragen utföringsform av den föreliggande uppfmningen utnyttjas radiokommunikation för den trådlösa Radiotekniken är väl utvecklad för sådana tillämpningar som ett resultat av informationsöverföringen. ' 10 15 20 25 ..In a preferred embodiment of the present invention, radio communication is utilized for the wireless Radio technology is well developed for such applications as a result of the information transmission. '10 15 20 25 ..

I I .. - 30 . .. . 516 491 21 mobilitetskraven vad gäller datorer och telefonutrustningar. Strömriktare av konventionellt slag ger normalt upphov till elektromagnetiska störningar av olika slag. Dessa störningar ligger dock normalt huvudsakligen under en frekvens av 100 MHz, varför bärfrekvenser över detta värde bör väljas för kommunikationen. Strömriktarens störningar påverkar därigenom inte kommunikationen nämnvärt. Det finns licensfria frekvensband, som det s.k.I I .. - 30. ... 516 491 21 mobility requirements for computers and telephone equipment. Converters of a conventional type normally give rise to electromagnetic interference of various kinds. However, these disturbances are normally mainly below a frequency of 100 MHz, so carrier frequencies above this value should be selected for the communication. Converter disturbances thus do not significantly affect communication. There are license-free frequency bands, such as the so-called

ISM-bandet (Industrial-Scientific-Medical), som utnyttjas för kortvägs- kommunikation och som fungerar i elektromagnetiskt störda miljöer.The ISM band (Industrial-Scienti fi c-Medical), which is used for short-distance communication and which works in electromagnetically disturbed environments.

Frekvensbandet vid 2,45 GHz är t.ex. av stort intresse.The frequency band at 2.45 GHz is e.g. of great interest.

Artikeln "Bluetooth - the universal radio interface for ad hoc, Wireless connectivity" i Ericsson-Review, vol. 75, Nr. 3, 1998, sid. 110-17, av J.The article "Bluetooth - the universal radio interface for ad hoc, Wireless connectivity" in Ericsson-Review, vol. 75, no. 3, 1998, p. 110-17, by J.

Haartsen, beskriver kommersiellt nyligen tillgänglig teknik för digital kommunikation. Bluetooth är ett radiogränssnitt i frekvensbandet 2,45 GHz, som tillåter terminaler att anslutas och kommunicera trådlöst via ett trådlöst LAN (local area network) med kort räckvidd. I Bluetooth, kan varje enhet samtidigt kommunicera med flera andra enheter. Bluetooth använder en spektrumspridningsteknik med frekvenshopp för att dela in frekvensbandet i flera hoppkanaler. Under en förbindelse hoppar sändarna från en kanal till en annan på ett pseudo-slumpmässigt sätt. Trådlös kommunikation med upp till 721 kbit/s kan på så sätt säkerställas i den föreliggande uppfinningen mellan roterande och stationära delar av synkronmaskinen.Haartsen, describes commercially recently available technology for digital communication. Bluetooth is a radio interface in the 2.45 GHz frequency band, which allows terminals to connect and communicate wirelessly via a wireless LAN (local area network) with short range. In Bluetooth, each device can simultaneously communicate with your other devices. Bluetooth uses spectrum hopping technology to divide the frequency band into your hopping channels. During a connection, the transmitters jump from one channel to another in a pseudo-random manner. Wireless communication of up to 721 kbit / s can thus be ensured in the present invention between rotating and stationary parts of the synchronous machine.

En föredragen utföringsform av den föreliggande uppfinningen utnyttjar digital kommunikation. Det har under senare årtionden funnits en tydlig trend att miniatyrisera elektronik för Signalbehandling. Telekommunikation kan sägas vara nästan helt digital idag i sina väsentliga delar. Digital kommunikation har idag mycket väl utvecklade metoder för komprimering av data, filtrering, felkorrigering etc., vilket inte är tillgängligt på samma sätt vid analog kommunikation. Signalbehandling i styr- och reglerkretsar har också miniatyriserats och det går lätt att implementera intern digital Signalbehandling i t.ex. strömriktare, både växelström-likströms-omvandlare " och växelström-likströms-omvandlare. Att utföra sådana kretsar med analog 10 15 20 25 a in i n: 1 n n u 1 i Ir» i 515 401 :'=s"==..-' "i 22 2% :;= :z- teknik medför inget mervärde, eftersom den digitala upplösningen både vad amplitud och tid beträffar är tillräckligt stor. Digital kommunikation är även att föredra p.g.a. andra aspekter såsom möjligheterna att ställa in och trimma reglerkretsarnas parametrar på distans. En ursprunglig parameterinställning kan sålunda bytas ut under drift till en modifierad parameterinställning grundad på tidigare driftdata.A preferred embodiment of the present invention utilizes digital communication. In recent decades, there has been a clear trend to miniaturize electronics for signal processing. Telecommunications can be said to be almost completely digital today in its essential parts. Digital communication today has very well-developed methods for data compression, filtering, error correction, etc., which is not available in the same way in analog communication. Signal processing in control and regulation circuits has also been miniaturized and it is easy to implement internal digital signal processing in e.g. inverters, both "AC-DC-converters" and "AC-DC-converters". "i 22 2%:; =: z technology does not add value, as the digital resolution in terms of both amplitude and time is large enough. Digital communication is also preferred due to other aspects such as the ability to set and tune the parameters of the control circuits remotely An initial parameter setting can thus be changed during operation to a modified parameter setting based on previous operating data.

Den stationära processeringsenheten kan placeras i ett sådant läge att den kan arbeta vid normala betingelser och består företrädesvis av en konventionell mikroprocessor, vilka är välkända för fackmannen. Denna beskrivs därför inte mer. Den medroterande processeringsenheten utsätts däremot för mer onormala betingelser, t.ex. centrifugalkrafter, vibrationer och förhöjda temperaturer. Dessa omgivningsvillkor måste alltså beaktas vid val av processor och mekanisk design av denna samt infästning därav.The stationary processing unit can be placed in such a position that it can operate under normal conditions and preferably consists of a conventional microprocessor, which are well known to those skilled in the art. This is therefore no longer described. The co-rotating processing unit, on the other hand, is exposed to more abnormal conditions, e.g. centrifugal forces, vibrations and elevated temperatures. These environmental conditions must therefore be taken into account when choosing a processor and mechanical design of this as well as attachment thereof.

Sådana processorer finns idag tillgängliga, i huvudsak för militärt bruk, där ändamålet bl.a. är att tillhandahålla tillförlitliga stötskydd.Such processors are available today, mainly for military use, where the purpose e.g. is to provide reliable shock protection.

Transmission av både reaktiv och aktiv effekt bidrar till effektförluster i elkraftanläggningar och elkraftnät. Med elkraftanlåggning avses i denna ansökan en anläggning innefattande en grupp av synkronmaskiner, vilka är belägna inom ett begränsat område och drivs på ett samordnat sätt och vilka företrädesvis tillhör samma operatör. En elkraftanlåggning enligt ovanstående definition kan typiskt sett bestå av ett antal synkronmaskiner, transformatorer, ledningar, kablar, samlingsskenor, frånskiljare och brytare samt tillhörande mät- och ställdon. Elkraftanläggningens effektomvandling kan påverkas av såväl maskinen som andra delar i anläggningen såsom faskompenseringsutrustningar, till vilka shuntreaktorer samt shunt- och seriekondensatorer kan räknas. Andra komponenter i effektomvandlingsprocessen utgörs exempelvis av HVDC (High Voltage Direct Current) och FACTS (Flexible AC Transmission Systems) komponenter samt kraftelektroniska effektomvandlare för industri- och distributionstillämpningar. De ovan nämnda komponenterna kan dessutom - användas att styra elkraftnätets stationära och transienta uppträdande i 10 15 20 25 516- 401 23 2": '=.= såväl normal drift som vid felfall. Med elkraftnät avses i denna ansökan ett nät av sarnmankopplade elkraftanläggníngar som typiskt sett år spridda över ett vidare geografiskt område.Transmission of both reactive and active power contributes to power losses in electric power plants and electric power grids. In this application, electric power plant means a plant comprising a group of synchronous machines, which are located within a limited area and are operated in a coordinated manner and which preferably belong to the same operator. An electric power plant according to the above definition can typically consist of a number of synchronous machines, transformers, cables, cables, busbars, disconnectors and switches as well as associated measuring and adjusting devices. The power conversion of the electric power plant can be affected by the machine as well as other parts of the plant such as phase compensation equipment, to which shunt reactors as well as shunt and series capacitors can be counted. Other components in the power conversion process consist of, for example, HVDC (High Voltage Direct Current) and FACTS (Flexible AC Transmission Systems) components as well as power electronic power converters for industrial and distribution applications. The above-mentioned components can also - be used to control the stationary and transient behavior of the electric power grid in 10 15 20 25 516- 401 23 2 ": '=. = Both normal operation and in the event of a fault. typically years spread over a wider geographical area.

Vidare kan brist på reaktiv effekt, eller en ogynnsam fördelning av den i en elkraftanläggning eller ett elkraftnät leda till s.k. spänningskollaps. Detta är särskilt viktigt i samband med att det uppträder större fel i kraftnätet, t.ex. när större generatorer eller motorer plötsligt faller ur. När detta sker, ändras elkraftnätets egenskaper. Olika regulatorer i elkraftnätet eller elkraftanläggningen kommer att försöka att upprätthålla frekvensen och spänningen inom de förutbestämda gränsvärdena. Detta kan idag bland annat göras genom att ändra aktiv och reaktiv produktion hos generatorer och genom att ändra omsåttningsförhàllandet genom lindningskopplarreglering i transformatorer. Det har emellertid vid vissa tillfällen visat sig att detta inte har varit tillräckligt. Om behovet av reaktiv effekt är större än det som elkraftnätet kan tillgodose, så kan överföringsförmågan i elkraftnätet bryta samman mycket snabbt genom att maximalpunkten på den s.k. PV-kurvan passeras eller genom att det sker ytterligare urkopplingar av kvarvarande produktionsenheter på grund av överlast. Begränsningen i mängden Överförd effekt beror i många elkraftnät på brist på reaktiv effekt, framför allt på kritiska ställen och inte på att termiska gränsvärden för transmissionslinjer överskrids.Furthermore, a lack of reactive power, or an unfavorable distribution of it in an electric power plant or an electric power grid can lead to so-called voltage collapse. This is especially important in connection with major faults in the power grid, e.g. when larger generators or motors suddenly fail. When this happens, the properties of the power grid change. Various regulators in the electricity grid or power plant will try to maintain the frequency and voltage within the predetermined limit values. This can be done today, among other things, by changing the active and reactive production of generators and by changing the conversion ratio through winding coupler control in transformers. However, on some occasions it has been shown that this has not been enough. If the need for reactive power is greater than what the electric power grid can satisfy, then the transmission capacity in the electric power grid can collapse very quickly by the maximum point on the so-called The PV curve is passed or by further disconnections of the remaining production units due to overload. The limitation in the amount of transmitted power is due in many electric power grids to a lack of reactive power, especially in critical places and not to the fact that thermal limit values for transmission lines are exceeded.

Det är alltså av stor vikt för att en operatör av ett elkraftnät eller elkraftanläggning ska kunna kontrollera elkraftnätets eller elkraftanläggningens spänning, att upprätthålla en lämplig fördelning av källor och sänkor för reaktiv effekt, och att kunna ändra denna fördelning under kortare perioder. Reaktiv effekt kan, i motsats till aktiv effekt, inte transporteras några längre sträckor. Detta innebär att reaktiv effekt utgör en "1okal" resurs vilken måste finnas tillgänglig i området där den behövs, exempelvis efter en störning. Den reaktiva effekten hör nära samman med spänningen i elkraftnätet, medan den aktiva effekten på liknande sätt är ' starkt kopplad till frekvensen. lO 15 20 - 51-6 401 s'=a"='-..-° -.°'=="= 62-21- "ïísï 24 :f ::= ::='=..==..=“-..----- = Ett sätt att styra den reaktiva effekten är att introducera faskompenserande element i elkraftnätet eller elkraftanläggningen. För stora och komplicerade nät, speciellt om belastningen skiftar natur från en tidsperiod till en annan, kräver sådana lösningar omfattande analyser och simuleringar för att på ett optimalt sätt bestämma placering och elektrisk effekt för dessa faskompensatorer. Vidare krävs det procedurer för hur dessa ska styras för olika driftförhållanden i nätet. En annan åtgärd för att kontrollera mängden reaktiv effekt kan vara att ändra på driftbetingelsema för växelströmsmaskiner, t.ex. synkronmaskiner, för att få dessa att förändra den reaktiva effekten med hänsyn till den aktuella situationen i elkraftnätet eller elkraftanläggningen. Bidragande orsaker till att en spänningskollaps uppstår kan vara en hög såväl aktiv som reaktiv lastnivå (stressat elkraftnät), otillräckliga reaktiva resurser (i alla fall lokalt) tillsammans med olika typer av störningar i elkraftnätet. Om en störning exempelvis leder till en reduktion av tillgängliga reaktiva resurser kan detta resultera i en spänningskollaps. Det är viktigt att magnetiseringen eller lindningstemperaturer på synkronmaskinen, vid stationära tillstånd, inte överstiger sina nominella värden. Ett optimalt utnyttjande av tillgängliga resurser kan således utgöra en viktig faktor för att säkerställa driften av elkraftnät. Faskompenserande utrustningar utgör tillsammans med möjlighetema till ett förbättrat utnyttjande av de reaktiva resurserna i synkronmaskiner således viktiga resurser för att styra effektllöden i elkraftnäten.It is therefore of great importance for an operator of an electricity network or power plant to be able to control the voltage of the electricity network or power plant, to maintain an appropriate distribution of sources and depressions for reactive power, and to be able to change this distribution for shorter periods. Reactive power, in contrast to active power, can not be transported any longer distances. This means that reactive power is a "local" resource which must be made available in the area where it is needed, for example after a disturbance. The reactive power is closely related to the voltage in the electricity grid, while the active power is similarly strongly linked to the frequency. lO 15 20 - 51-6 401 s '= a "=' -..- ° -. ° '==" = 62-21- "ïísï 24: f :: = :: =' = .. ==. . = “-..----- = One way to control the reactive effect is to introduce phase-compensating elements in the electric power grid or power plant.For large and complicated grids, especially if the load changes nature from one time period to another, such solutions require comprehensive analyzes and simulations to optimally determine the location and electrical power of these phase compensators. In addition, procedures are required for controlling them for different operating conditions in the network. AC machines, such as synchronous machines, to cause them to change the reactive power in view of the current situation in the power grid or power plant. react va resources (at least locally) together with various types of disturbances in the electricity grid. For example, if a disturbance leads to a reduction in available reactive resources, this may result in a voltage collapse. It is important that the excitation or winding temperatures of the synchronous machine, when stationary, do not exceed their nominal values. Optimal utilization of available resources can thus be an important factor in ensuring the operation of electricity grids. Phase compensating equipment, together with the possibilities for an improved utilization of the reactive resources in synchronous machines, thus constitute important resources for controlling power flows in the electricity power networks.

Den föreliggande uppfinningen ger emellertid möjligheter att på ett mer effektivt och flexibelt sätt utnyttja olika befintliga marginaler i maskinen för att t.ex. kunna öka den reaktiva effekten utan att minska maskincns totala utnyttjande. Synkronmaskiner enligt den föreliggande uppfinningen kan alltså utnyttjas av ett elkraftnät eller elkraftanläggning för att balansera förhållandet mellan aktiv och reaktiv effekt, särskilt vid kritiska situationer. 10 15 20 25 C30 516. 401 25 Konceptet med utnyttjande av konstruktionsmarginaler kan alltså även föras ut på elkraftanläggningsnivå eller elkraftnätsnivå. Fig. 5a och 5b visar schematiskt en elkraftanläggning i vilken ett antal synkronmaskiner 62 styrutrustning för synkronmaskinen en maskinenhet 71. Varje maskinenhet 71 utgör en del av ingår. Tillsammans med maskinen utgör en elkraftanläggning (enligt tidigare definition), vilken via kraftledningar eller kablar 61 är ansluten till ett elkraftnåt 60. Maskinema är utrustade med lokala processeringsenheter 64, 68 och kommunikationsanordningar 69, 70 enligt den föreliggande uppfinningen, och data angående maskinens egenskaper, driftbetingelser och status, både momentant och historiskt, kan finnas tillgängliga i en stationär processeringsenhet 64 och/ eller en medroterande processeringsenhet 68 vid varje maskin. En grupp av maskinenheter 71 styrs allmänt av en produktionsledningsenhet 66. Enligt den föreliggande uppfinningen upprättas ett antal kommunikationsanordningar 65 mellan maskinenheterna 71, dvs. maskinernas stationära 64 och /eller medroterande processeringsenheter 68, och produktionsledningsenheten 66. Om exempelvis ett fel inträffar i nätet, eller om elkraftsbehovet är onormalt, kan produktionsledningsenheten 66 överföra information om detta till de olika processeringsenheterna 64, 68, eventuellt kopplat med en önskan eller begäran om att temporärt kunna driva maskinerna på ett speciellt sätt. De respektive processeringsenheterna 64, 68 kan å sin sida upplysa produktionsledningsenheten 66 om sitt aktuella drifttillstånd och ifall några tendenser till nätinstabilitet har detekterats. kraftfullt blir en sådan produktionsledningsenheten 66 har tillgång till det innevarande Speciellt konfiguration om drifttillståndet för de olika maskinerna, dvs. t.ex. till temperaturmätvärden eller andra intressanta storheter. Styrningen av synkronmaskinerna 62 via produktionsledningsenheten 66 kan baseras på såväl interna mätsignaler som lokala, regionala och centrala insignaler. Exempel på interna mätstorheter är temperaturmätvärden från såväl stator som rotor.However, the present invention provides opportunities to more efficiently and efficiently utilize various existing margins in the machine to e.g. be able to increase the reactive power without reducing the overall utilization of the machine. Synchronous machines according to the present invention can thus be used by an electric power grid or electric power plant to balance the ratio between active and reactive power, especially in critical situations. 10 15 20 25 C30 516. 401 25 The concept of utilizing construction margins can thus also be carried out at the level of electric power plants or power grid levels. Figs. 5a and 5b schematically show an electric power plant in which a number of synchronous machines 62 control equipment for the synchronous machine a machine unit 71. Each machine unit 71 forms part of. Together with the machine constitutes an electric power plant (according to the previous definition), which via power lines or cables 61 is connected to an electric power supply 60. The machines are equipped with local processing units 64, 68 and communication devices 69, 70 according to the present invention, and data regarding the machine properties. operating conditions and status, both instantaneous and historical, can be made available in a stationary processing unit 64 and / or a co-rotating processing unit 68 at each machine. A group of machine units 71 is generally controlled by a production line unit 66. According to the present invention, a number of communication devices 65 are established between the machine units 71, i.e. the stationary 64 and / or co-rotating processing units 68 of the machines, and the production line unit 66. For example, if a fault occurs in the network, or if the power demand is abnormal, the production line unit 66 may transmit information thereon to the various processing units 64, 68, possibly coupled with a request or request about being able to temporarily operate the machines in a special way. The respective processing units 64, 68 can in turn inform the production management unit 66 of their current operating condition and if any tendencies to network instability have been detected. powerful becomes such a production management unit 66 has access to the current Special configuration on the operating condition of the various machines, ie. for example to temperature measurements or other interesting quantities. The control of the synchronous machines 62 via the production line unit 66 can be based on internal measurement signals as well as local, regional and central input signals. Examples of internal measured quantities are temperature measured values from both stator and rotor.

Frekvensen utgör ett exempel på en intressant lokalt mätbar insignal till en 10 15 20 25 .516 401 26 produktionsledningsenhet 66, medan exempel på regionala och globala insignaler kan utgöras av olika indikatorer, exempelvis baserade på egenvärdesberäkningar, som anger risken för spänningsinstabilitet. Om produktionsledníngsenheten 66 har tillgång till både det aktuella drifttillståndet för de olika maskinerna och lagrad information om hur stora konstruktionsmarginaler som finns att utnyttja i var och en av maskinerna, kan detta utnyttjas till att kontinuerligt uppdatera driftplanema för hur man ska kunna hantera olika typer av fel eller driftsituationer. Uppdateringen av driftplaner kan bygga på matematiska samband exempelvis i form av optimeringsverktyg som optimal belastningsfördelning, OPF, och stabilitetsindikatorer t.ex. baserade på egenvärdesberäkningar såväl som på uppmätta, beräknade eller extrapolerade data för maskinens respons med avseende på ingrepp av skydd och begränsare. Om produktionsledningsenheten 66 vet att en viss maskin har en stor marginal att utnyttja, kan denna efterfrågas vid en felsituation, för att kanske kunna rädda kvar andra maskiner med mindre marginal i nätet.The frequency is an example of an interesting locally measurable input signal to a production line unit 66, while examples of regional and global input signals can be various indicators, for example based on eigenvalue calculations, which indicate the risk of voltage instability. If the production management unit 66 has access to both the current operating condition of the various machines and stored information on how large design margins are to be used in each of the machines, this can be used to continuously update the operating plans for how to handle different types of faults. or operating situations. The update of operating plans can be based on mathematical relationships, for example in the form of optimization tools such as optimal load distribution, OPF, and stability indicators e.g. based on intrinsic value calculations as well as on measured, calculated or extrapolated data for the machine's response with respect to protection interventions and limiters. If the production management unit 66 knows that a certain machine has a large margin to utilize, this can be requested in the event of a fault situation, in order to perhaps be able to save other machines with a smaller margin in the network.

En databas med data om de olika maskinerna är alltså att föredra.A database with data about the different machines is thus preferable.

Databasen omfattar bl.a. de data som mäts med de ovan beskrivna sensorerna. Sådan information kan vid ett senare tillfälle användas för analys för att öka kunskapen om anläggningens beteenden vid såväl nonnal drift som vid störningar. Uppgifterna kan även användas för att analysera anläggningens effektivitet och för att kunna planera framtida driftsått.The database includes i.a. the data measured with the sensors described above. Such information can at a later time be used for analysis to increase knowledge of the plant's behavior in both normal operation and in the event of disturbances. The data can also be used to analyze the plant's efficiency and to be able to plan future operating modes.

Databasen innefattar sålunda både historisk information, rörande maskinernas tidigare drift, men även information som behövs för att åstadkomma en lämplig styrning av maskinerna. Databasen kan t.ex. innehålla maskinens respons vid tidigare inträffade störningar.The database thus includes both historical information concerning the previous operation of the machines, but also information needed to achieve an appropriate control of the machines. The database can e.g. contain the machine's response to previous faults.

Inforrnationen lagrad i databasen kan som beskrivits ovan bygga på såväl uppmätta, beräknade som extrapolerade data samt matematiska beräkningar exempelvis i form av optimeringsverktyg och egenvärdesberäkningar. Mätdata och annan information som lagras i databasen kan med fördel tidsmårkas, exempelvis genom att utnyttja tidsangivelser via GPS-satelliter för att synkronisera tidgivningen. Databasen 10 15 20 25 .ï-sïo 516. 401 . 27 ' kan finnas tillgänglig direkt i produktionsledningsenheten 66 och/ eller de lokala processeringsenheterna 64, 68. Produktionsledningsenheten 66 innefattar därför företrädesvis ett minnesorgan för lagring av databasen.The information stored in the database can, as described above, be based on measured, calculated and extrapolated data as well as mathematical calculations, for example in the form of optimization tools and eigenvalue calculations. Measurement data and other information stored in the database can advantageously be time-marked, for example by using time indications via GPS satellites to synchronize the timing. Databases 10 15 20 25 .ï-sïo 516. 401. 27 'can be made available directly in the production management unit 66 and / or the local processing units 64, 68. The production management unit 66 therefore preferably comprises a memory means for storing the database.

Nätkommunikationsanordningaina 65 kan arbeta enligt olika kommunikationsmetoder enligt teknikens ståndpunkt. Sådana metoder kan bygga på fasta förbindelser i form av Lex. rnetalliska ledningar eller ñberoptik, eller på trådlös överföring, såsom radio eller radiolänk. Vid sammankoppling av flera produktionsledningsenheter kan ett nåt av kommunikationsanordningar byggas upp. Ett sådant nät bidrar till alternativa kommunikationsvägar, vilka kan utnyttjas i de fall någon eller några kommunikationsanordningar av någon anledning inte är tillgängliga.The network communication device 65 can operate according to different communication methods according to the prior art. Such methods can be based on fixed connections in the form of Lex. metallic wires or ñberoptics, or on wireless transmission, such as radio or radio link. When interconnecting your production management units, one of the communication devices can be built up. Such a network contributes to alternative communication paths, which can be used in cases where one or more communication devices for some reason are not available.

Genom lämpliga kombinationer av redundanta kommunikationsvägar och lagring av information i databaser kan produktionsledningsenheten 66 genomföra beräkningar och uppdateringar av driftplaner, exempelvis genom att extrapolera tidigare mätdata eller resultat från egenvärdesberäkningar för att uppskatta tillståndet i maskinen, även om någon eller några kommunikationsanordningar och/ eller sensorer för tillfället inte fungerar.Through appropriate combinations of redundant communication paths and storage of information in databases, the production management unit 66 can perform calculations and updates of operating plans, for example by extrapolating previous measurement data or results from eigenvalue calculations to estimate the condition of the machine, even if any communication devices and / or sensors the moment does not work.

Möjligheten att bygga upp ett driftsäkert nät är av särskilt stor vikt exempelvis vid ansträngda driftsituationer och under driftåteruppbyggnaden efter en större driftstörning.The possibility of building a reliable network is of particular importance, for example in strained operating situations and during operational reconstruction after a major operational disruption.

Konceptet med utnyttjande av konstruktionsmarginaler kan såsom tidigare påpekats även föras ut på elkraftnätsnivå. Organ för styrning och övervakning av elkraftnätet, en nätövervakningsenhet 72, ansvarar för driften av elkraftnätet i stort, och kan på motsvarande sätt som ovan beskrivits kommunicera med elkraftanläggnirigar, dvs. produktionslednings- enheterna 66, eller enskilda elektriska maskiner 62, för att kunna få information om eventuella marginaler. Dessa marginaler kan sedan användas för en optimering av större områden eller elkraftnätets totala drift.As previously pointed out, the concept of utilizing construction margins can also be implemented at the electricity grid level. Bodies for control and monitoring of the electricity grid, a grid monitoring unit 72, are responsible for the operation of the electricity grid in general, and can in a corresponding manner as described above communicate with electric power plants, ie. production line units 66, or individual electrical machines 62, in order to obtain information on possible margins. These margins can then be used for an optimization of larger areas or the total operation of the electricity grid.

Den information som överförs från en elkraftanläggning eller enskild ~ elektrisk maskin till en nätövervakningsenhet 72 på elkraftnâtsnivå, torde 10 15 20 25 C30 516 491 28 företrädesvis vara av en mer summarisk typ än lägre ned i hierarkin. En elkraftnätsoperatör har framför allt intresse av att känna till tillgängliga effektresurser på olika ställen i nätet och de eventuella kostnader som är förknippade med att utnyttja dessa. De detaljerade förhållandena angående maskinernas individuella temperaturmarginaler är av mindre intresse, framför allt för en hierarkiskt överordnad elkraftnätsoperatör. Det är även av intresse för en operatör av en elkraftanlåggning att kunna begränsa informationsutbytet, eftersom en del av den tillgängliga informationen kan användas som konkurrensmedel mot konkurrerande operatörer.The information transmitted from an electric power plant or individual electric machine to a grid monitoring unit 72 at the power grid level should preferably be of a more summary type than lower down in the hierarchy. An electricity grid operator is above all interested in knowing the available power resources in various places in the grid and the possible costs associated with utilizing these. The detailed conditions regarding the machines' individual temperature margins are of less interest, especially for a hierarchically superior electricity network operator. It is also in the interest of an operator of an electric power plant to be able to limit the exchange of information, since some of the available information can be used as a means of competition against competing operators.

Nåtövervakningsenhetens 72 huvuduppgift utgörs av att säkerställa möjligheterna till en tillförlitlig och ekonomiskt optimal drift av elkraftnätet.The main task of the nude monitoring unit 72 is to ensure the possibilities for a reliable and economically optimal operation of the electricity grid.

Detta kan innefatta kommunikation av såväl informationsutbyte och börvärden som styrsignaler till både produktionsledningsenheter 66, enskilda elektriska maskiner 62 och elkraftnät 60. Under normaldriftförhållanden kan styrningen av produktionsledningsenheter 66 baseras på ekonomiska styrsignaler, medan det kan vara nödvändigt att skicka direkta styrkommandon vid allvarliga driftstörningar, i syfte att rädda elkraftnâtets integritet och kontinuerliga drift. Informationsutbytet mellan nätövervakningsenheten 72 och övriga enheter bör ske i form av meddelanden, vilka förutom adress och meddelande kan innehålla säkerhetsnycklar (kryptering) för att begränsa rätten att ta del av informationen. Genom att utnyttja olika behörighetskriterier för olika enheter (utnyttjare) i kommunikationssystemet kan fullgod sekretess mot obehörig spridning av information erhållas. Möjligheten att bestämma vilken infonnation varje utnyttjare har tillgång till minskar risken för obehörig spridning av - känslig information och möjliggör att exempelvis samarbetspartners kan få tillgång till mer information än andra helt externa parter.This may include communication of both information exchange and setpoints as well as control signals to both production control units 66, individual electrical machines 62 and power grids 60. Under normal operating conditions, the control of production control units 66 may be based on economic control signals, while direct control commands may be sent. purpose of saving the integrity and continuous operation of the electricity grid. The exchange of information between the network monitoring unit 72 and other units should take the form of messages, which in addition to the address and message may contain security keys (encryption) to restrict the right to access the information. By utilizing different authorization criteria for different units (users) in the communication system, adequate confidentiality against unauthorized dissemination of information can be obtained. The ability to decide which information each user has access to reduces the risk of unauthorized dissemination of sensitive information and enables, for example, partners to have access to more information than other completely external parties.

En föredragen utföringsform av en produktionsledningsenhet 66 i en elkraftanläggning innefattar sålunda minst ett organ för extern _ kommunikation. Detta organ år anordnat för att dels -ta emot och tolka 10 15 20 25 C130 515 401 29 meddelanden från externa enheter, såsom t.ex. en operatör av ett elkraftnät och dels sända ut vald information till de externa enheterna.Thus, a preferred embodiment of a production line unit 66 in an electric power plant comprises at least one means for external communication. This means is arranged to partly receive and interpret messages from external units, such as e.g. an operator of an electricity network and send out selected information to the external units.

En tänkbar kommunikationssekvens kommer nu att beskrivas. En extern enhet skickar en förfrågan om elkraftanläggningen kan öka sin produktion av aktiv effekt med 5 %, och till vilket pris detta _kan ske.A possible communication sequence will now be described. An external unit sends a request if the electric power plant can increase its production of active power by 5%, and at what price this can be done.

Elkraftanläggningens produktionsledningsenhet 66 svarar med ett erbjudande till ett visst pris. Om den externa enheten kan acceptera erbjudandet skickas en order om ökat effektuttag. Elkraftanläggningens produktionsledningsenhet 66 svarar med att genomföra den utlovade ökningen och skicka tillbaka en bekräftelse av ordern.The power plant's production management unit 66 responds with an offer at a certain price. If the external unit can accept the offer, an order is sent for increased power consumption. The power plant's production management unit 66 responds by implementing the promised increase and sending back a confirmation of the order.

Fig. 6 visar ett flödesschema för ett grundläggande styrförfarande fór en synkronmaskin enligt uppfinningen. Processen startar i steg 100. I steg 102 mäts ett antal rotorstorheter, vilka samlas in i en medroterande processeringsenhet i steg 104. Den medroterande processeringsenheten utvärderar mätvärdena i steg 106. Rotorinformation som är av vikt för stationära delar, samt yttre information som är av vikt för den medroterande processeringsenheten överförs mellan stationära och roterande delar i steg 108. På grundval av de utvärderade mätresultaten styrs sedan rotorströmmen i steg 110 och processen avslutas i steg 112.Fig. 6 shows a circuit diagram for a basic control method for a synchronous machine according to the invention. The process starts in step 100. In step 102 a number of rotor quantities are measured, which are collected in a co-rotating processing unit in step 104. The co-rotating processing unit evaluates the measured values in step 106. Rotor information which is important for stationary parts, and external information which is important for the co-rotating processing unit is transferred between stationary and rotating parts in step 108. Based on the evaluated measurement results, the rotor current is then controlled in step 110 and the process is terminated in step 112.

Fig. 7 visar ett flödesschema för ett grundläggande styrförfarande för en elkraftanläggning med åtminstone en synkronmaskin enligt uppfinningen.Fig. 7 shows a circuit diagram of a basic control method for an electric power plant with at least one synchronous machine according to the invention.

Processen startar i steg 100. I steg 102 mäts ett antal rotorstorheter i synkronmaskinen, vilka samlas in i en medroterande processeringsenhet i steg 104. Den medroterande processeringsenheten utvärderar mätvärdena i steg 106. Rotorinformation som är av vikt för stationära delar av synkronmaskínen och/ eller elkraftanläggningens styrning, samt yttre information som är av vikt för den medroterande processeringsenheten överförs mellan stationära och roterande delar i steg 108. På grundval av de utvärderade mätresultaten styrs sedan elkraftanläggningens drift och _ effektomvandling i steg 111 och processen avslutas i steg -1 12. 516 401 f-Ifiæäšeäšgïïg.f裏"§ 30 Fackmannen inser att olika modifieringar och förändringar kan göras vid föreliggande uppfmníng utan avvikelse från uppfinningens ram, som definieras av de bifogade patentkraven.The process starts in step 100. In step 102 a number of rotor quantities are measured in the synchronous machine, which are collected in a co-rotating processing unit in step 104. The co-rotating processing unit evaluates the measured values in step 106. Rotor information important for stationary parts of the synchronous machine and / or control, as well as external information that is important for the co-rotating processing unit is transferred between stationary and rotating parts in step 108. On the basis of the evaluated measurement results, the operation and power conversion of the electric power plant is then controlled in step 111 and the process is completed in step -1 12. 516 401 § 30 The person skilled in the art will recognize that various modifications and changes may be made to the present invention without departing from the scope of the invention as set forth in the appended claims.

Claims (32)

10 15 20 25 30 5.16 401 31 NYA PATENTKRAV10 15 20 25 30 5.16 401 31 NEW PATENT CLAIMS 1. En roterande elektrisk synkronmaskin innefattande en rotor (3) med lindningar (7; 38, 39); en stator (2) ; minst en med rotorn (3) roterande sensor (15-17,43-46); och minst en strömriktare (8; 30; 40) för styming av strömmen i rotor- lindningarna (7; 38, 39), och kännetecknad av en med rotorn (3) roterande processeringsenhet (10; 68), ansluten till den medroterande sensorn (15-17,43-46), för utvärdering av från den medroterande sensorn (15-17,43-46) erhållet mätdata och för styrning av strömriktaren (8; 30; 40), vilket mirlixnerar den mängd data som måste överföras mellan rotorn (3) och statom (2); en stationär processeringsenhet (12 ; 64); samt ett kommunikationsorgan (1 1, 13; 69, 70), för trådlös informations- överföring mellan den medroterande processeringsenheten (10; 68) och den stationära processeringsenheten (l2; 64).A rotating electrical synchronous machine comprising a rotor (3) with windings (7; 38, 39); a stator (2); at least one sensor rotating with the rotor (3) (15-17,43-46); and at least one converter (8; 30; 40) for controlling the current in the rotor windings (7; 38, 39), and characterized by a processing unit (10; 68) rotating with the rotor (3), connected to the co-rotating sensor ( 15-17,43-46), for evaluating measurement data obtained from the co-rotating sensor (15-17,43-46) and for controlling the converter (8; 30; 40), which reduces the amount of data that must be transferred between the rotors (3) and the stator (2); a stationary processing unit (12; 64); and a communication means (1 1, 13; 69, 70), for wireless information transmission between the co-rotating processing unit (10; 68) and the stationary processing unit (12; 64). 2. Den roterande elektriska synkronmaskinen enligt patentkrav 1, kännetecknad av att kommunikationsorganets (11, 13; 69, 70) infonnations- överföring sker med radiosignaler.The rotary electric synchronous machine according to claim 1, characterized in that the information transmission of the communication means (11, 13; 69, 70) takes place with radio signals. 3. Den roterande elektriska synkronmaskinen enligt patentkrav 2, kännetecknad av att radiosignalerna har en bärfrekvens som överstiger 100 MHz.The rotary electric synchronous machine according to claim 2, characterized in that the radio signals have a carrier frequency exceeding 100 MHz. 4. Den roterande elektriska synkronmaskinen enligt patentkrav 1, 2 eller 3, kännetecknad av att kommunikationsorganets (11, 13; 69, 70) trådlösa informationsöverföring är digital. 10 15 20 25 30 516. 401 62The rotary electric synchronous machine according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the wireless information transmission of the communication means (11, 13; 69, 70) is digital. 10 15 20 25 30 516. 401 62 5. Den roterande elektriska synkronmaskinen enligt något av patentkraven 1 till 4, kännetecknad av att den medroterande sensorn (15- l7,43-46) mäter en av storheter-na; rotorlindningstemperattir, ström i rotorlindningen, i spänning i rotorlindningen, partiella urladdningar i rotorns isolation, rotorns isolationsmotstånd, rotorns vibrationer, axelmoment, samt lastvinkel.The rotary electric synchronous machine according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the co-rotating sensor (15-17.43-46) measures one of the quantities; rotor winding temperature, current in the rotor winding, in voltage in the rotor winding, partial discharges in the rotor insulation, rotor insulation resistance, rotor vibrations, shaft torque, and load angle. 6. Den roterande elektriska synkronmaskinen enligt något av patentkraven 1 till 5, kännetecknad av att strömriktaren år en med rotorn (3) roterande strömriktare (8; 40), ansluten till och styrd av den medroterande processeringsenheten (10; 68).The rotary electric synchronous machine according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the converter is a converter (8; 40) rotating with the rotor (3), connected to and controlled by the co-rotating processing unit (10; 68). 7. Den roterande elektriska synkronmaskinen enligt något av patentkraven 1 till 5, kännetecknad av att strömriktaren är en stationär strömriktare (30), ansluten till och styrd av den stationära processerings- enheten (12; 64).The rotary electric synchronous machine according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the converter is a stationary converter (30), connected to and controlled by the stationary processing unit (12; 64). 8. Den roterande elektriska synkronmaskinen enligt något av patentkraven 1 till 7, kännetecknad av åtminstone en stationär sensor (18- 20) ansluten till den stationära processeringsenheten (12; 64), varvid den stationära processeringsenheten ( 12; 64) är anordnad för utvärdering av från den stationära sensorn (18-20) erhållet rnätdata.The rotary electric synchronous machine according to any one of claims 1 to 7, characterized by at least one stationary sensor (18-20) connected to the stationary processing unit (12; 64), the stationary processing unit (12; 64) being arranged for evaluating network data obtained from the stationary sensor (18-20). 9. Den roterande elektriska synkronmaskinen enligt patentkrav 8, kännetecknad av att den stationära sensorn (18-20) mäter en av storheterna: statorlindningstemperatur, ström i statorlindningen, spänning i statorlindningen, 10 15 20 25 30 _ 51.6 401 då partiella urladdningar i statorns isolation, statorns isolationsmotstånd, samt fasvinkel.The rotary electric synchronous machine according to claim 8, characterized in that the stationary sensor (18-20) measures one of the quantities: stator winding temperature, current in the stator winding, voltage in the stator winding, 51.6 401 when partial discharges in the isolation of the stator , stator insulation resistance, and phase angle. 10. En elkraftanläggning innefattande ett antal roterande växelströmsmaskiner (1, 62), en produktionsledningsenhet (66), och kännetecknad av att åtminstone en av de roterande växelströmsrnaslcinerna (1, 62) år en synkronmaskin enligt något av patentkraven 1 till 9.An electric power plant comprising a number of rotary AC machines (1, 62), a production line unit (66), and characterized in that at least one of the rotary AC motors (1, 62) is a synchronous machine according to any one of claims 1 to 9. 11. Elkraftanläggningen enligt patentkrav 10, kännetecknad av kommunikationsanordningar (14; 65) mellan produktionsledningsenheten (66) och synkronmaskinens (1; 62) stationära (l2; 64) och/ eller medroterande (10; 68) processeringsenhet.The electric power plant according to claim 10, characterized by communication devices (14; 65) between the production line unit (66) and the stationary (12; 64) and / or co-rotating (10; 68) processing unit of the synchronous machine (1; 62). 12. Elkraftanläggningen enligt patentkrav 10 eller 11, kännetecknad av att kommunikationsanordningarria (14; 65) innefattar fysiska ledningar i form av metalliska ledningar eller optiska fibrer.The electric power plant according to claim 10 or 11, characterized in that the communication device series (14; 65) comprises physical lines in the form of metallic lines or optical cables. 13. Elkraftanlåggningen enligt patentkrav 10 eller 11, kännetecknar! av att kommunikationsanordníngarna (14; 65) innefattar organ för överföring via radio eller radiolänk.The electric power plant according to claim 10 or 11, characterized! in that the communication devices (14; 65) comprise means for transmission via radio or radio link. 14. Elkraftanlåggningen enligt något av patentkraven 10 till 13, kännetecknad av att produktionsledningsenheten (66) innefattar organ för överföring av meddelanden till och från extema enheter.The electric power plant according to any one of claims 10 to 13, characterized in that the production line unit (66) comprises means for transmitting messages to and from external units. 15. Ett styr-förfarande för roterande elektriska synkronmaskiner, innefattande stegen: mätning av med rotorn (3) associerade storheter; och styrning av synkronmaskinens (1; 62) rotorström; och kännetecknat av stegen: lO 15 20 25 30 . 5 1 6 4 0 1 di: insamling av de uppmätta rotorstorheterna i en med rotorn (3) roterande processeringsenhet (10; 68); utvärdering, i den medroterande processeringsenheten ( 10; 68), av de uppmätta rotorstorheterna; överföring av information trådlöst mellan den medroterande processeringsenheten ( 10; 68) och en stationär processeringsenhet ( 12; 64); varvid styrningen av synkronmaskinens (1; 62) rotorström sker grundat på utvärderingen av de uppmätta rotorstorheterna, vilket minimerar den mängd data som mäste överföras mellan rotorn (3) och statorn (2).A control method for rotary electrical synchronous machines, comprising the steps of: measuring quantities associated with the rotor (3); and controlling the rotor current of the synchronous machine (1; 62); and characterized by the steps: 10 15 20 25 30. 5 1 6 4 0 1 di: collecting the measured rotor quantities in a processing unit (10; 68) rotating with the rotor (3); evaluation, in the co-rotating processing unit (10; 68), of the measured rotor quantities; transmitting information wirelessly between the co-rotating processing unit (10; 68) and a stationary processing unit (12; 64); wherein the control of the rotor current of the synchronous machine (1; 62) takes place based on the evaluation of the measured rotor quantities, which minimizes the amount of data that must be transferred between the rotor (3) and the stator (2). 16. Styrförfarandet enligt patentkrav 15, kännetecknat av att styrningen av synkronmaskinens (1; 62) rotorström sker genom den medroterande processeringsenheten (10; 68).The control method according to claim 15, characterized in that the control of the rotor current of the synchronous machine (1; 62) takes place through the co-rotating processing unit (10; 68). 17. Styrförfarandet enligt patentkrav 15, kännetecknat av att styrningen av synkronmaskinens (1; 62) rotorström sker genom den stationära processeringsenheten (1 2; 64) .The control method according to claim 15, characterized in that the control of the rotor current of the synchronous machine (1; 62) takes place through the stationary processing unit (1 2; 64). 18. Styrförfarandet enligt något av patentkraven 15 till 17, kännetecknat av de ytterligare stegen: mätning av med statorn (2) associerade storheter; insamling av de uppmätta statorstorheterna i den stationära processeringsenheten (l2; 64); och utvärdering, i den stationära processeringsenheten (l2; 64), av de uppmätta statorstorhetema.The control method according to any one of claims 15 to 17, characterized by the further steps: measuring quantities associated with the stator (2); collecting the measured stator quantities in the stationary processing unit (12; 64); and evaluating, in the stationary processing unit (12; 64), the measured stator quantities. 19. Styrförfarandet enligt patentkrav 18, kännetecknat av att styrningen av synkronmaskinens (1; 62) rotorström sker grundat på utvärderingen av de uppmätta statorstorhetema.The control method according to claim 18, characterized in that the control of the rotor current of the synchronous machine (1; 62) takes place based on the evaluation of the measured stator quantities. 20. Styrförfarandet enligt något av patentkraven 15 till 19, kännetecknat av att styrningen av synkronmaskinens (1; 62) rotorström sker grundat på yttre instruktioner och/ eller på förlagrade instruktioner och styrparametrar. 10 15 20 25 30 , 516 401 55'The control method according to any one of claims 15 to 19, characterized in that the control of the rotor current of the synchronous machine (1; 62) takes place based on external instructions and / or on stored instructions and control parameters. 10 15 20 25 30, 516 401 55 ' 21. Styr-förfarandet enligt patentkrav 20, kännetecknat av det ytterligare steget: modifiering av styrparametrarna för styrningen av rotorströmmen gnmdat på tidigare driftdata.The control method according to claim 20, characterized by the further step: modifying the control parameters for the control of the rotor current based on previous operating data. 22. Styrförfarandet enligt något av patentkraven 15 till 21, kännetecknat av att överföringen sker med radiosignaler.The control method according to any one of claims 15 to 21, characterized in that the transmission takes place with radio signals. 23. Styrförfarandet enligt patentkrav 22, kännetecknat av att radiosignalema har en bärfrekvens som överstiger 100 MHz.The control method according to claim 22, characterized in that the radio signals have a carrier frequency exceeding 100 MHz. 24. Styrförfarandet enligt något av patentkraven 15 till 23, kännetecknat av att överför-ingen är digital.The control method according to any one of claims 15 to 23, characterized in that the transmission is digital. 25. Ett styrförfarande för en elkraftanläggriing, innehållande åtminstone en synkronmaskin (1; 62), innefattande stegen: mätning av med synkronmaskinens rotor (3) associerade storheter; och styming av elkraítanlåggningens effektomvandling; och kännetecknat av stegen: insamling av de uppmätta rotorstorheterna i en med rotorn roterande processeringsenhet (lO; 68); utvärdering, i den medroterande processeringsenheten ( 10; 68), av de uppmätta rotorstorheterna, vilket minimerar den mängd data som mäste överföras mellan rotorn (3) och statorn (2); överföring av information trådlöst mellan den medroterande processeringsenheten ( 10; 68) och en stationär processeringsenhet (12; 64); varvid styrningen av elkraftanläggriingens effektomvandling sker grundat på utvärderingen av de uppmätta rotorstorhetema.A control method for an electric power plant, comprising at least one synchronous machine (1; 62), comprising the steps of: measuring quantities associated with the rotor (3) of the synchronous machine; and controlling the power conversion of the power plant; and characterized by the steps of: collecting the measured rotor quantities in a processing unit rotating with the rotor (10; 68); evaluation, in the co-rotating processing unit (10; 68), of the measured rotor quantities, which minimizes the amount of data that must be transferred between the rotor (3) and the stator (2); transmitting information wirelessly between the co-rotating processing unit (10; 68) and a stationary processing unit (12; 64); whereby the control of the electric power plant's power conversion takes place based on the evaluation of the measured rotor quantities. 26. Styrfórfarandet enligt patentkrav 25, kännetecknat av de ytterligare stegen: mätning av med statom (2) associerade storheter; lO 15 20 25 30 516.401 öb insamling av de uppmätta statorstorheterna i den stationära processeringsenheten (12; 64); och utvärdering, i den stationära processeringsenheten (12; 64), av de uppmätta statorstorheterna.The control method according to claim 25, characterized by the further steps: measuring quantities associated with the stator (2); 516,401 collecting the measured stator quantities in the stationary processing unit (12; 64); and evaluating, in the stationary processing unit (12; 64), the measured stator quantities. 27. Styrförfarandet enligt patentkrav 26, kännetecknat av att styrningen av elkraftanläggningens effektomvandling sker grundat pä utvärderingen av de uppmätta statorstorheterna.The control method according to claim 26, characterized in that the control of the power conversion of the electric power plant takes place based on the evaluation of the measured stator quantities. 28. Styrförfarandet enligt patentkrav 25, 26 eller 27, kännetecknat av det ytterligare steget: kornmunicering av data avseende synkronmaskinens drift från den stationära ( 12; 64) och / eller den medroterande (10; 68) processeringsenheten till en med elkraftanläggiuingen tillhörande produktionsledningsenhet (66).The control method according to claim 25, 26 or 27, characterized by the further step: grain granulation of data concerning the operation of the synchronous machine from the stationary (12; 64) and / or the co-rotating (10; 68) processing unit to a production line unit (66) associated with the electric power plant. ). 29. Styrförfarandet enligt något av patentkraven 25 till 28, kännetecknat av det ytterligare steget: kommunicering av instruktioner och/ eller förfrågningar avseende synkronmaskinens (1; 62) drift från produktionsledningsenheten (66) till den stationära (12; 64) och/ eller den medroterande (10; 68) processeringsenheten.The control method according to any one of claims 25 to 28, characterized by the further step: communicating instructions and / or requests regarding the operation of the synchronous machine (1; 62) from the production line unit (66) to the stationary (12; 64) and / or the co-rotating (10; 68) the processing unit. 30. Styrförfarandet enligt något av patentkraven 25 till 29, kännetecknat av att kommunikationen mellan produktionsledningsenheten (66) och den stationära (12; 64) och/ eller den medroterande (10;68) processeringsenheten sker via metalliska ledningar eller optiska fibrer.The control method according to any one of claims 25 to 29, characterized in that the communication between the production line unit (66) and the stationary (12; 64) and / or the co-rotating (10; 68) processing unit takes place via metallic wires or optical fibers. 31. Styrförfarandet enligt något av patentkraven 25 till 29, kännetecknat av att kommunikationen mellan produktionsledningsenheten (66) och den stationära ( 12; 64) och/ eller den medroterande (10;68) processeringsenheten sker via radio eller radiolånk.The control method according to any one of claims 25 to 29, characterized in that the communication between the production line unit (66) and the stationary (12; 64) and / or the co-rotating (10; 68) processing unit takes place via radio or radio link. 32. Styrförfarandet enligt patentkrav 30 eller 31, kännetecknat av steget: .516 401 ö? överföring av meddelanden mellan produktionsledningsenheten (66) och externa enheter.The control method according to claim 30 or 31, characterized by the step: .516 401 ö? transmission of messages between the production management unit (66) and external units.
SE516401D 1999-08-27 1999-08-27 Electrical synchronous machine used in power plants, has processor which measures data for power converter control, from output of co-rotating sensors, and is wirelessly linked with stationary processor SE516401C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE516401T 1999-08-27
SE9903026A SE9903026L (en) 1999-08-27 1999-08-27 Intelligent synchronous machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SE516401C2 true SE516401C2 (en) 2002-01-08

Family

ID=20416768

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE9903026A SE9903026L (en) 1999-08-27 1999-08-27 Intelligent synchronous machine
SE516401D SE516401C2 (en) 1999-08-27 1999-08-27 Electrical synchronous machine used in power plants, has processor which measures data for power converter control, from output of co-rotating sensors, and is wirelessly linked with stationary processor

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE9903026A SE9903026L (en) 1999-08-27 1999-08-27 Intelligent synchronous machine

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU6884300A (en)
SE (2) SE9903026L (en)
WO (1) WO2001017084A1 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10259068A1 (en) * 2002-12-17 2004-07-15 Siemens Ag Double-fed asynchronous machine without slip ring
DE102004054581B4 (en) * 2004-11-11 2007-02-08 Siemens Ag Measuring system with rotating detection device, in particular for a motor or a generator
DE102005007371A1 (en) * 2005-02-17 2006-08-24 Siemens Ag Electric machine
DE102013207405A1 (en) * 2013-04-24 2014-10-30 Siemens Aktiengesellschaft Double acting generator
US10084409B2 (en) 2014-05-27 2018-09-25 General Electric Company Main field voltage limiter in brushless synchronous machines
US9548691B1 (en) * 2015-06-24 2017-01-17 Hamilton Sundstrand Corporation Variable speed constant frequency power generator including permanent magnet exciter
US11428704B2 (en) 2020-01-09 2022-08-30 Caterpillar Inc. Generator pole slip detection

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3671850A (en) * 1970-11-19 1972-06-20 Walter E Mehnert Electric generator control system with radio feedback loop
US4723106A (en) * 1986-08-29 1988-02-02 General Electric Company Brushless generator exciter using hybrid rectifier
DE19507760A1 (en) * 1995-03-06 1996-09-12 Siemens Ag Method and arrangement for transmitting a data value between a fixed and a rotating communication module

Also Published As

Publication number Publication date
SE9903026D0 (en) 1999-08-27
AU6884300A (en) 2001-03-26
SE9903026L (en) 2001-02-28
WO2001017084A1 (en) 2001-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sayed et al. SCADA and smart energy grid control automation
Akhmatov et al. Technical guidelines and prestandardization work for first HVDC grids
SE517714C2 (en) Mains protection system for protecting the integrity of a total electrical power system against slightly damped power fluctuations, electric power system including a network protection, system protection system procedure, system protection terminal, computer program product and computer readable medium
US9898062B2 (en) Systems and methods for protection of components in electrical power delivery systems
US20080010036A1 (en) Electric machine
CA2367386A1 (en) Power converter with rotating/stationary communication/processing means
WO2019147404A1 (en) Powering generator instrumentation via magnetic induction
SE516401C2 (en) Electrical synchronous machine used in power plants, has processor which measures data for power converter control, from output of co-rotating sensors, and is wirelessly linked with stationary processor
Davies et al. High side voltage control at Manitoba hydro
SE516801C2 (en) Procedure for remote control of electric power systems, as well as electric power systems
SE516408C2 (en) Power consumption control method for alternating current machine, involves measuring temperature of rotor which is used as control parameter to optimize power conversion in thermally controlled manner
WO2018051684A1 (en) Microgrid operation device and microgrid operation method
RU2382480C2 (en) High-voltage controlled electric ac drive
Surwase et al. Fault detection and protection of induction motor using fuzzy logic
SE517963C2 (en) Mains protection system for the protection of the integrity of a total electrical power system, electric power system including a network protection, system protection procedure, system protection terminal and computer software product
Islam et al. The traditional power generation and transmission system: some fundamentals to overcome challenges
SE514068C2 (en) Rotary power system stabilizer
Torres et al. Adjustable speed drives and motor protection
Walldorf et al. The use of real-time monitoring and dynamic ratings for power delivery systems and the implications for dielectric materials
CN118249234B (en) Intelligent high-voltage complete switch equipment with environment-friendly and energy-saving functions
SE521391C2 (en) AC machine has converter connected in between main and regulating machines, operated as an AC polyphase coupler or AC phase angle/voltage regulator or AC short circuit coupler during starting
Sarawgi A simulation tool for studying the effects of special protection systems and communications on power system stability
Morse et al. New multi-processor digital excitation system
Kulis et al. Power management system implementation on off-shore gas platforms
WO1990006613A1 (en) Electric power system

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed